Aplicação de ligas de titânio na indústria aeroespacial
A aplicação do titânio na indústria aeroespacial também atingiu o propósito de reduzir o peso de lançamento, aumentar o alcance e economizar custos, e é um material popular na indústria aeroespacial. Em foguetes, mísseis e indústrias aeroespaciais, ele pode ser usado como vasos de pressão, tanques de combustível, cascos de motores de foguetes, mangas de bicos de foguetes, cascos de satélites artificiais, cabines de espaçonaves tripuladas (pele e esqueleto estrutural), trem de pouso, módulo lunar, sistema de propulsão, etc.
A liga Ti-6Al-4V é amplamente usada como material de revestimento do motor de foguete de primeiro estágio nos Estados Unidos. Outras ligas que usam essa liga incluem: contêineres cilíndricos gigantes de foguetes líquidos; mísseis balísticos intercontinentais, mísseis "Minuteman" e outros invólucros de motores esféricos e elípticos, etc. Por outro lado, como os elementos intersticiais das ligas Ti-6Al-4VELI e Ti-5Al-2.5SnELI têm baixo teor de oxigênio e podem ser usados em temperaturas ultrabaixas, essas ligas são usadas como contêineres de hidrogênio líquido para foguetes e mísseis, cabines seladas das espaçonaves "Mercury" e "Gemini" e as principais partes estruturais da espaçonave "Apollo" que pousou com sucesso na lua.
Além do titânio industrial puro, Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4VELI e Ti-5Al-2.5SnELI, titânio e ligas de titânio usados na indústria aeroespacial também incluem Ti-7Al-4Mo, Ti-3Al-2.5V, Ti-13V-1Cr-Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al e materiais compostos Ti/B-Al. O ônibus espacial é a primeira nave espacial tripulada do mundo que pode ser reutilizada. Começou a ser desenvolvido em 1972 e o primeiro voo foi bem-sucedido em 1981. A nave espacial consiste em uma aeronave de asas pequenas, um contêiner de combustível externo de 47 m de comprimento e dois propulsores de foguete de combustível sólido totalizando 500 t. A nave espacial orbital tem 37 metros de comprimento e pesa cerca de 68 toneladas. Este tamanho é aproximadamente o mesmo do transporte a jato DC-9. É a maior nave espacial tripulada até hoje. Seu compartimento de carga tem 18 metros de comprimento e 5 metros de diâmetro, e pode transportar 29,5 toneladas de carga para a órbita da Terra.
O ônibus espacial pode ser lançado como um foguete e voar em uma órbita com uma altitude máxima de 1000 km como uma nave espacial. Na ausência de impulso, ele pode planar e pousar como um avião. Este ônibus espacial é essencialmente uma nave de transporte espacial, então um dos parâmetros para julgar sua utilidade é a carga efetiva para transporte entre a Terra e a órbita da Terra. Para maximizar essa carga efetiva, a liga de titânio se tornou um material importante para componentes de motores aeroespaciais.
A vida útil do projeto da espaçonave orbital é de 100 voos, e cada voo fica no universo por 7 a 30 dias. A espaçonave é tripulada, então ela é projetada para se adaptar ao ambiente espacial (vácuo, diferenças extremas de temperatura em órbita, geração de calor ao retornar à atmosfera, etc.) e ser usada repetidamente.
1. Vasos de alta pressão
Ligas de titânio são usadas em muitos lugares porque podem reduzir o peso total de veículos em órbita de espaçonaves. O principal uso do titânio é em vasos de alta pressão para o combustível e gás necessários. Recipientes leves de liga de titânio foram desenvolvidos com sucesso nos programas de espaçonaves Gemini e Apollo da NASA, usando liga Ti-6Al-4V. Os vasos de pressão de ferro na espaçonave Apollo realmente usaram um design sem precedentes com um fator de segurança de 1,5, que foi projetado anteriormente com um fator de segurança de cerca de 4. Para tornar ainda mais leve o recipiente de armazenamento de alta pressão do ônibus espacial orbital, um método de adicionar fibra de quercetina branca (fibra orgânica aromática produzida pela DuPont nos Estados Unidos) à superfície do recipiente de titânio de parede fina é adotado. Recipientes de pressão para armazenar gás comprimido. O satélite "Ranger" e o propulsor compartilhavam 14 recipientes de titânio, reduzindo a massa total em 272 kg. Recipientes de pressão para armazenar propelentes líquidos. Cerca de 50 vasos de pressão foram usados na espaçonave "Apollo", 85% dos quais eram feitos de titânio. O motor do estágio de transição Hercules III foi reduzido em 35% após a troca para um tanque propulsor de liga de titânio.
2. Carcaça do motor
Invólucro do motor de foguete de combustível sólido. O motor de foguete de segundo estágio do míssil intercontinental "Minuteman" usa liga Ti64 para reduzir o peso em 30%~40%. Invólucro do motor de foguete de combustível líquido. O invólucro de pressão da câmara de combustão do motor de descida do módulo lunar "Apollo" é feito de liga Ti64.
3. Várias partes estruturais
Ligas de titânio também são amplamente utilizadas em várias peças estruturais. A cabine de pressão da espaçonave "Mercury" é feita principalmente de titânio, respondendo por 80% do peso da cabine. Existem 7 graus de ligas de titânio usadas na espaçonave "Gemini", usando 570 kg de peças de titânio, respondendo por 84% do peso estrutural. Os suportes, fixações e fixadores da espaçonave "Apollo" são todos feitos de titânio, usando um total de 68t de titânio.
4. Tubulação hidráulica
A tubulação hidráulica do ônibus espacial usa tubos sem costura feitos de liga Ti-3Al-2.5V. Devido ao uso desta liga, o peso pode ser reduzido em mais de 40%. Para reduzir a sensibilidade à fratura por fadiga e aumentar a vida útil real do sistema, a montagem de vários tubos adota a conformação automática.
