由成都航空公司技術過硬、經驗豐富的擁有ARJ21飛行資質飛行員駕駛著第106架機,從上海中國商飛公司機場直飛成都雙流機場,交付成都航空公司,預計于2016年3月份投放市場,初期投放成都至北京、上海、廣州、深圳、武漢、西安等7條航線.這是中國繼11月2日C919大飛機總裝下線后,民機航空工業的又一件大事,在現代噴氣式支線客機自主設計、試制、試驗、試飛、取證、生產、交付等全過程方面又一重大突破.從2016年3月起中國國內航線首次擁有全部自主知識產權的Made in China的噴氣式支線客機.

    根據民用航空部門的規定,新款客機在交付后,必須通過運行合格審定,進行100h飛行驗證,對補充文件進行嚴格審查,證明完全符合民航局的相關標準后方可投放使用,這就是ARJ21為什么要到明年3月才能投入營運的原因.

    ARJ21渦扇支線客機于2002年4月正式立項由中國商用飛機公司研制,2006年9月首架前機身部段在中國第一航空工業集團西安飛機工業公司交付,2007年12月首架機在上海飛機公司總裝下線,ARJ21-700飛機2008年11月在上海首飛成功,2015年3月ARJ21-700飛機完成首次航線演示飛行.ARJ21-700支線客機從正式立項至2016年投入營運歷時14年.

    ARJ21客機用了哪些鋁合金

    ARJ21支線客機基本上是用鋁合金打造的,鋁制零部件的質量超過飛機凈質量的75%,常用的鋁合金幾乎全用了,不管是變形鋁合金,還是鑄造鋁合金的,幾乎所有系的合金都用了,大的有四五十千克的蒙皮板,小的是以克計的鉚釘,ARJ21客機的零件總數上百萬件,但是以緊固件最多,而在緊固件中坐第一把交椅的是古老的鉚釘.鉚釘問世可能有幾千年了,在飛機上的應用也有112年了.

    在ARJ21支線客機主結構鋁材中用的最多的是2xxx系及7xxx系合金,而且都是最新一代的合金,全是美國鋁業公司提供的,萬里迢迢從美國西海岸越過大洋來到中國,板材來自艾奧瓦州(Iowa)達文波特軋制廠(Davenport Works),擠壓材與鍛件是拉斐特廠(Lafayette Works)生產的,也有一些擠壓材來自韓國的長光鋁業公司,它是美國鋁業公司在韓國的一個獨資鋁材擠壓企業.2xxx系及7xxx系合金在ARJ21主結構鋁材用量中占總用量的98%.接下來聊聊哪些零部件是用鋁合金制,用的是什么合金與何種狀態的材料.

    蒙皮全用2524-T3合金

    2524-T3合金真是一個很牛的2xxx系合金,ARJ21-700支線客機的所有蒙皮它都全包了,全是用其預拉伸板制造的,包括:機身蒙皮,后機身蒙皮,翼下機身蒙皮,與機翼對接的機身部位蒙皮,襟翼蒙皮,襟翼子翼蒙皮,垂尾蒙皮,升降舵蒙皮,平尾蒙皮,擾流板蒙皮,方向舵蒙皮與調整片,副翼蒙皮與調整片,縫翼蒙皮,升降舵調整片.2524合金1995年誕生,同年在美國鋁業協會注冊,而它"爺爺"的"爺爺"2024合金卻是1934年誕生的.2524合金是2024合金家族的第六代,在主成分(Cu、Mg、Mn)方面它們的含量大體相等,例如2024合金含3.8%~4.9%Cu,而2524合金的為4.0%~4.5%;2024合金的鎂含量為1.2%~1.8%,而2524合金含1.2%~1.6%;2024合金含0.3%~0.9%Mn,而2524合金的含量為0.45%~0.7%Mn,由此可見,2024合金的主合金元素含量范圍比2524合金的寬松一些,因而2524合金的生產難度稍大一些.

    可是2524合金的雜質含量比2024合金的少得多,是一個很干凈的合金,它的雜質Si、Fe、Cr含量為0.06%、0.12%、0.05%,分別只有2024合金的12%、24%、50%,其他雜質的含量也相應地大幅度下降,因而其雜質相數量少得多,合金的常規力學性能與2024合金的相當,但是其斷裂韌性與抗應力腐蝕開裂能力、抗疲勞裂紋擴展能力比2024合金強,也更耐損傷容限,所以它的綜合性能比2024合金的更好.用它制造的零部件更加經久耐用,維修期長了,維護費用下降了,飛機的安全性更高了.

    T3表示板材固溶處理后經過拉伸,然后再時效處理(自然時效)與發給用戶,用戶用于加工零件,因為拉伸在用戶加工零件之前,故被稱為預拉伸,拉伸永久變形量為1.5%~3%.淬火后的板材內存在著巨大的內應力,表層為壓應力,內部為拉應力,如不消除它們,用戶用其加工零件時會產生變形,變為廢品,預拉伸就是消除這種淬火殘余應力,便于機械加工工件的順利進行.經過預拉伸的鋁合金板被稱為預拉伸板,多用于制造航空器蒙皮,是一類高技術產品.預拉伸在拉伸機上進行,中國目前可生產預拉伸板的企業有東北輕合金有限責任公司、西南鋁業(集團)有限責任公司、南山輕合金公司、愛勵國際(鎮江)有限公司等7家.

    用2024型合金制造的ARJ21飛機零件還有:用2524-3511合金加工的機翼下壁板,用2324-T39合金加工的機翼梁腹板.用2026-T3511合金制造的機翼梁下緣頭,2026合金是1999年在美國鋁業協會公司注冊的一個美國Al-Cu-Mg系合金,它的Cu、Mg、Mn含量比2524合金的低一些,但相差不太大,大的區別還在于它含有0.05%~0.25%Zr與雜質Si、Fe、Cr、Zn、Ti的含量全面低于2524合金的,因而它的綜合性能比2524合金的更勝一籌,T3511表示固溶處理后經過拉伸的擠壓材料,拉伸永久變形量1%~3%.

    7xxx系合金

    在ARJ21支線客機結構制造中,用得最多的是2xxx系的2524合金,在鋁合金總量中它占60%;其次是7xxx系合金占35%左右,主要用了三種合金:7050、7150、7055,都是美國鋁業公司研發的新型超強度鋁合金.這3種7xxx系鋁合金撐起ARJ21客機半邊天,實際上可以說是兩種合金,因為7050合金與7150合金的主要成分相同.

    7050合金是一種高純的超硬鋁,不但雜質Fe、Si的含量低,而且Mn的含量也很低,組織中脆性夾雜相大幅度減少,在主成分中增大了鋅鎂比,并用Zr取代Cr作為晶粒細化劑.由于這些成分的改進以及過人工時效處理,使7050合金在保持更高強度下,具有斷裂韌性高、疲勞強度高、耐損傷容限性能好、抗應力腐蝕性能好等優良綜合性能.另一個突出優點是有高的淬透性,特別適合于制造厚板與鍛件、厚截面零件.在飛機上主要用7050合金制造要求高強度、高應力腐蝕和剝落腐蝕抗力及良好斷裂韌性的主承力結構,如機身框、隔板、機翼壁板、翼梁、翼肋、起落架支撐零件和鉚釘等.升高溫時7050合金的強度下降,長期使用溫度不得超過125℃.

    ARJ21客機由7050合金T7452材料的零件有后機身框、機身框、機身機翼上方機身框、旅客觀察窗框等.

    7150合金是7050合金的發展,Zn的含量更高一點,Mg含量略有變動,Zn/Mg比有所提高,Cu含量稍有下降,因而性能進一步改善了,用其T77狀態材料制造的結構承力件有:機翼肋緣條、翼肋腹條,襟翼肋、襟翼梁緣頭、襟翼梁腹板、垂尾梁緣頭、垂尾腹板、垂尾肋、升降舵肋與梁、平尾肋、梁腹與梁緣頭,方向舵肋、梁復板與梁緣頭,副翼肋與梁,縫翼與梁,前緣肋,機身地板梁下增壓區剪切角片.用T7751狀態材料制造的承力結構件有:機翼上下翼面上桁條、機翼梁上緣頭、垂尾長桁,與機翼對接的機身部位長桁、機身桁、地板梁下增壓區桁.

    用7055合金制造的零件雖不多,但都是受力大的與關鍵性的,如用7055-T77511合金制造機翼上壁板,起落架接頭是用7055-T77合金鍛造.在7xxx系合金中,7055合金是合金化元素平均總含量最高的之一,為12.35%,鐵與硅的平均總含又最低,僅0.125%,因而大扁錠的鑄造難度大,冷裂紋傾向大,有些規格的大扁錠我們至今不能有經濟效益地鑄造.

    鉚釘用量近40萬個 一個也不能少

    自飛機問世120多年來,零部件的鉚接就是一種必不可少的連接工藝,至今仍如此,大型戰略運輸機與A380型特大客機每架的鉚釘用量上百萬個.在今后一段相當長的時間內,鉚接仍將是零部件連接的主要工藝,只不過隨著時間的推移,設計的改進與焊接技術的進步,鉚接工作量會有所減少,但是減少速度緩慢.例如一架大小與ARJ21客機相當民機三四十年前每架的鉚釘用量約60萬個,而現在仍要用40多萬個.

    ARJ21支線客機用的鉚釘合金有2014、2219、3003、5052、5056、7050合金,2219合金鉚釘用于鉚接高強度的內外結構,7050-T73合金鉚釘用于鉚接高強度抗腐蝕的結構.鉚釘在鉚接前都要經過硫酸液陽極氧化處理與重鉻酸鹽封孔.

    鑄造鋁合金

    在ARJ21支線客機制造中也用了一些鑄造鋁合金,雖然用量比變形鋁合金少得多,但也是不可或缺的,如用356及A356合金鑄造形狀結構復雜、壁厚較薄與要求氣密性的承受中等載荷的結構零件、儀器儀表附件、發動機零件、燃油泵殼體,它們是鋁-硅-鎂系合金,相當于中國的ZL101,它含6.5%~7.5%Si、0.25%~0.45%Mg;A356合金是356的改進型,不過它的雜質含量低與添加了微量晶粒細化元素,因而具有更高的力學性能.

    ARJ21客機用的鑄造鋁合金還有:413.0,360,355,A357,Tens-50,380,A380合金等.