Εφαρμογές του τιτανίου στην αεροδιαστημική βιομηχανία

1Εξαιρετικός λόγος αντοχής προς βάρος (υψηλή αντοχή, χαμηλή πυκνότητα):Το τιτάνιο έχει πυκνότητα περίπου 4,5 g/cm3, που είναι μόνο 60% της πυκνότητας του χάλυβα, αλλά η αντοχή του είναι συγκρίσιμη με πολλών χάλυβων υψηλής αντοχής.Αυτό σημαίνει ότι για τις ίδιες απαιτήσεις αντοχής και σκληρότητας, η χρήση κράματος τιτανίου μπορεί να μειώσει σημαντικά το βάρος σε σύγκριση με το χάλυβα.Η μείωση του βάρους είναι ένα διαρκές θέμα στην αεροδιαστημική βιομηχανία.Κάθε κιλό που εξοικονομείται μεταφράζεται σε σημαντική απόδοση καυσίμου, μεγαλύτερο εύρος ή μεγαλύτερη ικανότητα ωφέλιμου φορτίου.

2Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση:Ένα πυκνό, σταθερό στρώμα οξειδίου (TiO2) σχηματίζεται στην επιφάνεια του τιτανίου, δίνοντάς του εξαιρετικά υψηλή αντοχή στην ατμόσφαιρα, το θαλάσσιο νερό και τα χημικά συνηθισμένα στον αεροδιαστημικό τομέα (όπως το υδραυλικό υγρό και το υγρό αποψύξης).Η αντοχή του στη διάβρωση είναι πολύ ανώτερη από του ανοξείδωτου χάλυβαΑυτό βελτιώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία των εξαρτημάτων, μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος συντήρησης.

3Καλή απόδοση σε υψηλές θερμοκρασίες:Τα συμβατικά κράματα τιτανίου (όπως το Ti-6Al-4V) μπορούν να λειτουργούν σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασία 400-500 °C,ενώ ορισμένα εξειδικευμένα κράματα τιτανίου υψηλής θερμοκρασίας (όπως οι διαμεταλλικές ενώσεις Ti-Al) μπορούν να αντέξουν θερμοκρασίες έως και 600 °C και άνωΑυτό το καθιστά ιδανικό για τα εξαρτήματα θερμής τομής των κινητήρων αεροσκαφών.

4.Συμβατότητα με σύνθετα υλικά:Το τιτάνιο έχει ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό διάβρωσης παρόμοιο με τα σύνθετα πολυμερούς ενισχυμένων με ανθρακούχες ίνες (CFRP).Συνεπώς, το τιτάνιο χρησιμοποιείται συχνά για στερεοδευτικά στοιχεία, αγκάλια και συνδέσεις που συνδέονται με σύνθετα εξαρτήματα.

Ο κινητήρας είναι η "καρδιά" ενός αεροσκάφους και το συστατικό με την υψηλότερη χρήση κράματος τιτανίου (που αντιπροσωπεύει περίπου το 25%-40% του συνολικού βάρους του κινητήρα).

Φελλές ανεμιστήρων:Οι μπροστινές φτερούγες των σύγχρονων κινητήρων υψηλής ώθησης (όπως το LEAP, GEnx) χρησιμοποιούν συνήθως κράματα τιτανίου.Απαιτούν εξαιρετικά υψηλή αντοχή για να αντέξουν τεράστιες φυγόκεντρες δυνάμεις και πιθανές επιπτώσεις ξένων αντικειμένων..

Δίσκοι και λεπίδες συμπιεστή:Οι δίσκοι, οι λεπίδες και τα περιβλήματα στα στάδια χαμηλής πίεσης του συμπιεστή χρησιμοποιούν εκτενώς κράματα τιτανίου.απαιτητικά υλικά υψηλής αντοχής, αντοχή στην κόπωση, και αντοχή σε ελιγμούς.

Μηχανικές νάτσες και πέλματα:Αυτά τα δομικά στοιχεία χρησιμοποιούν επίσης σημαντικές ποσότητες κράματος τιτανίου για τη μείωση του βάρους.

Στο πλαίσιο των αεροσκαφών, τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται για κρίσιμες δομές αντοχής φορτίου, ιδίως σε περιοχές όπου τα παραδοσιακά κράματα αλουμινίου δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις.

Συστατικά του εξοπλισμού προσγείωσης:Το μηχάνημα προσγείωσης πρέπει να αντέχει τις τεράστιες δυνάμεις πρόσκρουσης κατά την προσγείωση και στατικά φορτία, καθιστώντας το ένα από τα μεγαλύτερα φορτία στοιχεία σε ένα αεροσκάφος.Τα υψηλής αντοχής κράματα τιτανίου (όπως το Ti-10V-2Fe-3Al) χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κρίσιμων ακτίνων τροχιάς προσγείωσης, στροφές, και συνδέσεις ροπής.

Σχοινιά πτέρυγας και αέρος:Τα κρίσιμα φορτιστικά στοιχεία όπως το κεντρικό κουτί φτερούγα που συνδέει τα φτερά με τη άτρακτο, τα ίχνη των φτερών και οι δοκάριες καίλης χρησιμοποιούν συχνά σφυρηλάτησης υψηλής αντοχής από κράμα τιτανίου λόγω των συγκεντρωμένων φορτίων.

Συσκευές σύνδεσης:Τα νίτσες, οι βίδες, οι βίδες και άλλα στοιχεία στερέωσης από κράμα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή είναι ισχυρά, ελαφριά και ανθεκτικά στη διάβρωση.

Υδραυλικά συστήματα και αγωγοί:Λόγω της εξαιρετικής αντοχής του σε διάβρωση, το τιτάνιο χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή πολύπλοκων υδραυλικών συστημάτων αγωγών, εξασφαλίζοντας μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

Στον τομέα του διαστήματος, τα οφέλη από τη μείωση του βάρους είναι ακόμη σημαντικότερα (άμεσα συνδεδεμένα με την ικανότητα εκτόξευσης),παράλληλα με την ανάγκη αντοχής σε περιβάλλοντα ακραίας θερμοκρασίας και κενού του χώρου.

Μηχανές πυραύλων:Τα εξαρτήματα των κινητήρων πυραύλων υγρού καυσίμου όπως δεξαμενές προωθητικού, τουρβοπρυσυσταστικές και ένετες χρησιμοποιούν κράματα τιτανίου για να αντέξουν τη διάβρωση του κρυογενούς υγρού οξυγόνου / υδρογόνου και τις υψηλές πιέσεις.

Υπό πίεση δοχείαΟι φιάλες αερίου από κράμα τιτανίου που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση αερίων υψηλής πίεσης (όπως το ήλιο) και προωθητικών είναι ελαφριές, έχουν υψηλή αντοχή στην πίεση και προσφέρουν καλή αξιοπιστία.

Διαρθρώσεις δορυφόρων:Τα δορυφορικά στηρίγματα, τα πλαίσια σύνδεσης, οι λαβές καθρέφτη κάμερας και άλλα δομικά στοιχεία χρησιμοποιούν κράματα τιτανίου για να ανταποκριθούν σε αυστηρές απαιτήσεις για δομική σταθερότητα, ελαφρύ σχεδιασμό,και υψηλή δυσκαμψία στο διαστημικό περιβάλλον.

Διαστημικό σκάφος με πλήρωμα:Τα διαστημικά σκάφη με πλήρωμα όπως το Σενζού και το Σόγιουζ χρησιμοποιούν χάλυβα από τιτάνιο στις δομές των μονάδων επιστροφής.