Aplicarea aliajelor de titan în industria aerospațială

Aplicarea titanului în industria aerospațială a atins, de asemenea, scopul de a reduce greutatea de lansare, de a crește raza de acțiune și de a economisi costuri și este un material popular în industria aerospațială. În rachete, rachete și industriile aerospațiale, poate fi folosit ca vase sub presiune, rezervoare de combustibil, carcase de motoare de rachete, manșoane pentru duze de rachete, carcase de satelit artificiale, cabine de nave spațiale cu echipaj (pielea și schelet structural), tren de aterizare, modul lunar, sistem de propulsie, etc.

Aliajul Ti-6Al{-4V este utilizat pe scară largă ca material de înveliș al motorului rachetă din prima etapă în Statele Unite. Alte aliaje care folosesc acest aliaj includ: containere de rachete lichide cilindrice gigant; rachete balistice intercontinentale, rachete „Minuteman” și alte carcase de motor sferice și eliptice etc. Pe de altă parte, deoarece elementele interstițiale ale Ti-6Al-4VELI și Ti{-5Al{ {6}}.5 Aliajele SnELI au un conținut scăzut de oxigen și pot fi utilizate la temperaturi foarte scăzute, aceste aliaje sunt folosite ca recipiente cu hidrogen lichid pentru rachete și rachete, cabine etanșe ale navei spațiale „Mercur” și ale navei spațiale „Gemini” și principalele părți structurale ale navei spațiale „Apollo” care a aterizat cu succes pe Lună.

Pe lângă titanul pur industrial, Ti-6Al-4V, Ti-5Al{-2.5Sn, Ti{-6Al{-4VELI și Ti-5Al{-2.5SnELI, titan și aliajele de titan utilizate în industria aerospațială includ și Ti{-7Al{-4Mo, Ti-3Al{{13 }},5V, Ti-13V-1Cr-Ti{-15V-3Cr{-3Sn{-3Al și Ti/B-Al materiale compozite. Naveta spațială este prima navă spațială din lume care poate fi reutilizată. A început să fie dezvoltat în 1972, iar primul zbor a avut succes în 1981. Nava spațială constă dintr-o aeronavă cu aripi mici, un container extern de combustibil lung de 47 m și două rachete de propulsie cu combustibil solid, însumând 500 de tone. Nava spațială orbitală are 37 de metri lungime și cântărește aproximativ 68 de tone. Această dimensiune este aproximativ aceeași cu cea a transportului cu jet DC-9. Este cea mai mare navă spațială cu echipaj de până acum. Cala sa de marfă are 18 metri lungime și 5 metri în diametru și poate transporta 29,5 tone de marfă pe orbita Pământului.

Naveta spațială poate fi lansată ca o rachetă și poate zbura pe o orbită cu o altitudine maximă de 1000 km ca o navă spațială. În absența împingerii, poate aluneca și ateriza ca un avion. Această navetă spațială este în esență o navă de transport spațial, așa că unul dintre parametrii pentru a-i aprecia utilitatea este încărcătura efectivă pentru transportul între Pământ și orbita Pământului. Pentru a maximiza această sarcină eficientă, aliajul de titan a devenit un material important pentru componentele motoarelor aerospațiale.

Durata de viață a navei spațiale orbitale este de 100 de zboruri, iar fiecare zbor rămâne în univers timp de 7 până la 30 de zile. Nava spațială este echipată cu echipaj, așa că este proiectată să se adapteze la mediul spațial (vid, diferențe extreme de temperatură pe orbită, generare de căldură la întoarcerea în atmosferă etc.) și să fie utilizată în mod repetat.

1. Recipiente de înaltă presiune
Aliajele de titan sunt folosite în multe locuri deoarece pot reduce greutatea totală a vehiculelor care orbitează navele spațiale. Principala utilizare a titanului este în vase de înaltă presiune pentru combustibilul și gazul necesar. Containerele ușoare din aliaj de titan au fost dezvoltate cu succes în cadrul programelor de nave spațiale Gemini și Apollo ale NASA, folosind aliajul Ti-6Al{-4V. Vasele sub presiune din fier de pe sonda spațială Apollo au folosit de fapt un design fără precedent, cu un factor de siguranță de 1,5, care a fost proiectat anterior cu un factor de siguranță de aproximativ 4. Pentru a ușura și mai mult containerul de stocare de înaltă presiune al navetei spațiale orbitale, se adoptă o metodă de adăugare a fibrei de quercetină albă (fibră organică aromatică produsă de DuPont în Statele Unite) pe suprafața recipientului de titan cu pereți subțiri. Recipiente sub presiune pentru depozitarea gazului comprimat. Satelitul și amplificatorul „Ranger” au împărțit 14 containere de titan, reducând masa totală cu 272 kg. Recipiente sub presiune pentru depozitarea combustibililor lichizi. Aproximativ 50 de vase sub presiune au fost folosite pe nava spațială „Apollo”, dintre care 85% au fost fabricate din titan. Motorul din etapa de tranziție Hercules III a fost redus cu 35% după trecerea la un rezervor de propulsor din aliaj de titan.

2. Carcasa motorului
Carcasa motorului rachetei cu combustibil solid. Motorul rachetă din etapa a doua al rachetei intercontinentale „Minuteman” folosește aliajul Ti64 pentru a reduce greutatea cu 30% ~ 40%. Carcasa motorului rachetei cu combustibil lichid. Carcasa de presiune a camerei de ardere a motorului de coborâre a modulului lunar „Apollo” este realizată din aliaj Ti64.

3. Diverse părți structurale
Aliajele de titan sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în diferite părți structurale. Cabina sub presiune a navei spațiale „Mercury” este realizată în principal din titan, reprezentând 80% din greutatea cabinei. Există 7 grade de aliaje de titan utilizate în nava spațială „Gemini”, folosind 570 kg de piese de titan, reprezentând 84% din greutatea structurală. Suporturile, dispozitivele de fixare și elementele de fixare ale navei spațiale „Apollo” sunt toate realizate din titan, folosind un total de 68 de tone de titan.

4. Conducte hidraulice
Țevile hidraulice ale navetei spațiale folosesc țevi fără sudură din aliaj Ti-3Al{-2.5V. Datorită utilizării acestui aliaj, greutatea poate fi redusă cu mai mult de 40%. Pentru a reduce sensibilitatea la fractura prin oboseală și pentru a crește durata de viață reală a sistemului, ansamblul diferitelor țevi adoptă formarea automată.