کاربردهای تیتانیوم در صنعت هوافضا

1نسبت قدرت به وزن استثنایی (قوه بالا، تراکم کم):تیتانیوم دارای تراکم حدود 4.5g/cm3 است که تنها 60 درصد از فولاد است، اما قدرت آن قابل مقایسه با بسیاری از فولادهای با قدرت بالا است.این بدان معنی است که برای همان الزامات قدرت و سفتی، استفاده از آلیاژ های تیتانیوم می تواند وزن را در مقایسه با فولاد به طور قابل توجهی کاهش دهد.کاهش وزن یک موضوع دائمی در صنعت هوافضاست.هر کیلوگرم صرفه جویی به بهره وری قابل توجهی از سوخت، برد طولانی تر یا ظرفیت بار مفید بیشتری منجر می شود.

2مقاومت بسیار عالی در برابر خوردگی:یک لایه اکسید متراکم و پایدار (TiO2) بر روی سطح تیتانیوم تشکیل می شود و مقاومت بسیار بالایی در برابر جو، آب دریا و مواد شیمیایی رایج در هوافضا (مانند مایع هیدرولیک و مایع ضد یخ) دارد.مقاومت آن در برابر خوردگی از فولاد ضد زنگ بسیار برتر استاین امر به طور قابل توجهی طول عمر قطعات و قابلیت اطمینان را افزایش می دهد در حالی که هزینه های نگهداری را کاهش می دهد.

3عملکرد خوب در دمای بالا:آلیاژ های تیتانیوم معمولی (مانند Ti-6Al-4V) می توانند به طور پایدار در طول مدت در 400-500 درجه سانتیگراد کار کنند.در حالی که برخی از آلیاژ های تیتانیوم با دمای بالا (مانند ترکیبات بین فلزی Ti-Al) می توانند در دمای 600 درجه سانتیگراد و بالاتر مقاومت کنند.این باعث می شود آن را ایده آل برای قطعات گرم موتور هواپیما.

4سازگاری با مواد کامپوزیت:تیتانیوم دارای پتانسیل خوردگی الکتروشیمیایی مشابه ترکیبات پلیمر تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) است. هنگامی که این دو در تماس هستند، از خوردگی گالوانیک شدید رنج نمی برند.بنابراین، تیتانیوم اغلب برای اتصال، براکت ها و اتصال به اجزای کامپوزیت استفاده می شود.

موتور "قلب" یک هواپیما و جزء با بیشترین استفاده از آلیاژ های تیتانیوم است (که حدود 25-40٪ از کل وزن موتور را تشکیل می دهد).

بادی های فن:بشتهای فن جلو موتورهای توربوفان مدرن با فشار بالا (مانند LEAP ، GEnx) معمولاً از آلیاژ های تیتانیوم استفاده می کنند.آنها نياز به قدرت فوق العاده اي دارند تا در برابر نيروهاي بزرگ از مرکز فرار و احتمالي برخورد با اجسام خارجي مقاومت کنند.

دیسک ها و تیغه های کمپرسور:دیسک ها، تیغه ها و محفظه ها در مراحل فشار پایین کمپرسور به طور گسترده ای از آلیاژ های تیتانیوم استفاده می کنند. این اجزای در محیط های با دمای بالا و فشار بالا کار می کنند.مواد سخت با قدرت بالا، مقاومت در برابر خستگی و مقاومت در برابر خزیدن

دستگاه های موتور:این اجزای ساختاری همچنین از مقادیر قابل توجهی از آلیاژ تیتانیوم برای کاهش وزن استفاده می کنند.

در قاب هواپیما، آلیاژ های تیتانیوم برای سازه های سنگین حمل استفاده می شود، به ویژه در مناطقی که آلیاژ های آلومینیوم سنتی نمی توانند الزامات را برآورده کنند.

اجزای دستگاه فرود:ماشین فرود باید در هنگام فرود و بارهای ثابت با نیروهای ضربه ای بزرگ مقاومت کند، و این باعث می شود که یکی از اجزای با بیشترین بار در هواپیما باشد.آلیاژ های تیتانیوم با قدرت بالا (مانند Ti-10V-2Fe-3Al) برای تولید پرتوهای مهم عرشه فرود استفاده می شود، دستکش ها و لینک های تورک.

قسمت های بال و بدنه هواپیما:اجزای سنگین حمل مثل جعبه بال مرکزی که بال ها را به بدن هواپیما متصل می کند، مسیرهای فلاپ و تخته های کیل اغلب به دلیل بار متمرکز از جعل آلیاژ تیتانیوم با قدرت بالا استفاده می کنند.

قطعات اتصال:نایت ها، بولت ها، پیچ ها و سایر وسایل اتصال از آلیاژ تیتانیوم به طور گسترده ای استفاده می شوند زیرا قوی، سبک و مقاوم به خوردگی هستند.

سیستم های هیدرولیکی و خط لوله:به دلیل مقاومت بسیار عالی تیتانیوم در برابر خوردگی، اغلب برای ساخت سیستم های لوله های هیدرولیکی پیچیده استفاده می شود، اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت.

در بخش فضایی، مزایای کاهش وزن حتی قابل توجه تر است (به طور مستقیم به ظرفیت پرتاب مربوط می شود) ،در کنار نیاز به مقاومت در برابر محیط های دمای شدید و خلاء فضا.

موتورهای موشک:اجزای موتورهای موشک سوخت مایع مانند مخازن سوخت، توربو پمپ ها و تزریق کننده ها از آلیاژ های تیتانیوم برای مقاومت در برابر خوردگی اکسیژن مایع کریوجنیک / هیدروژن و فشار بالا استفاده می کنند.

ظرف های تحت فشار:بطری های گاز آلیاژ تیتانیوم که برای ذخیره گاز های با فشار بالا (مانند هلیوم) و سوخت های دفع کننده استفاده می شوند سبک وزن هستند، مقاومت فشار بالایی دارند و قابلیت اطمینان خوبی را ارائه می دهند.

ساختارهای ماهواره ای:براکت های ماهواره ای، قاب های اتصال، بشکه های آینه دوربین و سایر اجزای ساختاری از آلیاژ های تیتانیوم استفاده می کنند تا نیازهای سختگیرانه برای ثبات ساختاری، طراحی سبک وزن،و سفتی بالا در محیط فضایی.

فضاپیما با سرنشین:فضاپیماهای خدمه دار مانند شنجو و سویوز از آلیاژ های تیتانیوم به طور گسترده ای در سازه های تحمل بار ماژول های بازگشت خود استفاده می کنند.