Bei der Anwendung von Titan in der Luft- und Raumfahrtindustrie werden vor allem seine Eigenschaften wie geringe Dichte, hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit genutzt. Sein Einsatz in der Luft- und Raumfahrt zielt darauf ab, das Startgewicht zu reduzieren, die Reichweite zu erhöhen und Kosten zu sparen, was es zu einem äußerst gefragten Material auf diesem Gebiet macht. Titan kann in Raketen, Flugkörpern und Luft- und Raumfahrtanwendungen als Druckbehälter, Treibstofftanks, Raketentriebwerksgehäuse, Raketendüsenauskleidungen, Satellitenhüllen, bemannte Raumfahrzeugkabinen (Haut und Strukturskelette), Fahrwerke, Mondmodule und Antriebssysteme eingesetzt werden.
Das am häufigsten verwendete Material für die Hülle des US-amerikanischen Raketentriebwerks der ersten Stufe ist die Legierung Ti-6Al-4V. Diese Legierung wird auch in großen zylindrischen Flüssigkeitsraketentanks sowie in kugelförmigen und elliptischen Triebwerksgehäusen für Interkontinentalraketen und die „Minuteman“-Rakete eingesetzt.
Andererseits können diese Legierungen aufgrund des geringen Gehalts an interstitiellen Elementen, insbesondere Sauerstoff, in den Legierungen Ti-6Al-4V ELI und Ti-5Al-2,5Sn ELI bei extrem niedrigen Temperaturen verwendet werden. Daher werden sie für Flüssigwasserstoffbehälter in Raketen und Flugkörpern, versiegelte Kammern der Raumsonden „Mercury“ und „Gemini“ sowie als Hauptstrukturkomponenten der Raumsonde „Apollo“ verwendet, die erfolgreich auf dem Mond gelandet ist.
Neben industriellem reinem Titan, Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2,5Sn, Ti-6Al-4V ELI und Ti-5Al-2,5Sn ELI, verwendet die Luft- und Raumfahrtindustrie auch Ti-7Al-4Mo, Ti-3Al-2,5V, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-15-3Cr-3Sn-3Al und Ti/B-Al-Verbundwerkstoffe.
Das Space Shuttle, das erste wiederverwendbare bemannte Raumschiff der Welt, wurde ab 1972 entwickelt und absolvierte 1981 seinen ersten erfolgreichen Flug. Das Raumschiff besteht aus einem kleinen Flugzeug mit Flügeln, einem 47 Meter langen externen Treibstofftank und zwei Feststoffraketen-Boostern mit insgesamt 500 Tonnen.
Das orbitale Raumschiff ist 37 Meter lang und wiegt etwa 68 Tonnen. Die Abmessungen entsprechen in etwa denen des Jet-Transportflugzeugs DC-9. Mit einem Frachtraum von 18 Metern Länge und 5 Metern Durchmesser ist es das bislang größte bemannte Raumschiff und kann 29,5 Tonnen Fracht in die Erdumlaufbahn befördern. Wie eine Rakete kann es gestartet werden und wie ein Raumschiff in Umlaufbahnen bis zu einer maximalen Höhe von 1.000 Kilometern fliegen. Ohne Luftwiderstand kann es wie ein Flugzeug gleiten und landen. Da es sich im Wesentlichen um ein Raumtransportschiff handelt, ist die effektive Nutzlastkapazität für den Transport von Gütern zwischen der Erde und der Erdumlaufbahn einer der Schlüsselindikatoren für die Bewertung seines Nutzens. Um diese effektive Nutzlast zu maximieren, sind Titanlegierungen zu einem entscheidenden Material für Komponenten von Luft- und Raumfahrzeugen geworden. Die orbitale Raumsonde ist für eine Lebensdauer von 100 Flügen ausgelegt, wobei jede Mission 7 bis 30 Tage im Weltraum dauert. Da es bemannt ist, ist es so konstruiert, dass es den rauen Bedingungen im Weltraum (Vakuum, extreme Temperaturschwankungen im Orbit und Erwärmung beim Wiedereintritt in die Atmosphäre) standhält und wiederverwendbar ist.
1. Hochdruckbehälter
Titanlegierungen werden häufig verwendet, da sie das Gesamtgewicht von Raumfahrzeugen im Orbit reduzieren können. Die Hauptanwendung von Titan liegt in Hochdruckbehältern zur Lagerung notwendiger Brennstoffe und Gase. Für die NASA-Raumschiffprogramme Gemini und Apollo wurden unter Verwendung der Ti-6Al-4V-Legierung erfolgreich leichte Behälter aus Titanlegierung entwickelt. Die Titan-Druckbehälter der Apollo-Raumsonde nutzten in der Praxis einen beispiellosen Sicherheitsfaktor von 1,5, während frühere Konstruktionen einen Sicherheitsfaktor von etwa 4 verwendeten. Um das Gewicht von Hochdruckspeicherbehältern für orbitale Raumsonden weiter zu reduzieren, wurde eine Methode eingeführt, bei der Twaron-Fasern (eine von DuPont hergestellte aromatische organische Faser) auf die Oberflächen von dünnwandigem Titan aufgebracht werden Behälter. Diese Behälter dienen der Lagerung komprimierter Gase. Der „Ranger“-Satellit und sein Trägerraketen nutzten insgesamt 14 Titanbehälter, was zu einer Gewichtsreduzierung von 27 kg führte.
Druckbehälter zur Lagerung flüssiger Treibstoffe. Auf der Apollo-Raumsonde wurden etwa 50 Druckbehälter verwendet, von denen 85 % aus Titan bestanden. Das J-2S-Oberstufentriebwerk verzeichnete nach der Umstellung auf Treibstofftanks aus Titanlegierung eine Gewichtsreduzierung von 35 %.
2. Motorgehäuse
Das Gehäuse eines Feststoffraketentriebwerks-. Das Raketentriebwerk der zweiten Stufe der Minuteman-Interkontinentalrakete verwendet eine Ti64-Legierung, wodurch das Gewicht um 30 bis 40 % reduziert wird.
Das mit Flüssigkeit-betriebene, feuerfeste Motorgehäuse. Die Drucklagerschale der Brennkammer des Abstiegsmotors der Apollo-Mondlandefähre besteht aus einer Ti64-Legierung.
3. Verschiedene Strukturkomponenten
Titanlegierungen werden auch häufig in verschiedenen Strukturbauteilen verwendet. Die Druckkabine der Raumsonde „Mercury“ bestand überwiegend aus Titan, das 80 % des Kabinengewichts ausmachte. Die Raumsonde „Gemini“ verwendete sieben Titanlegierungen mit 570 kg Titankomponenten, was 84 % des Strukturgewichts ausmachte. Bei der Raumsonde „Apollo“ bestanden alle Halterungen, Halterungen und Befestigungselemente aus Titan, insgesamt 68 Tonnen Titanmaterial.
4. Hydraulikleitungen
Die Treibstoffleitungen des Space Shuttles bestehen aus nahtlosen Rohren aus einer Ti-3Al-2,5V-Legierung. Durch den Einsatz dieser Legierung wird das Gewicht um über 40 % reduziert. Um die Anfälligkeit für Ermüdungsbrüche zu minimieren und die Lebensdauer des Systems zu verlängern, wird bei der Montage verschiedener Rohre ein automatisches Hydroforming eingesetzt.
Fordern Sie ein Angebot an
E-Mail:bjcxtitanium@gmail.com
WhatsApp:+8613571718779
