Dlaczego do produkcji-nośników rakietowych wykorzystuje się dodatki ze stopu tytanu?

Kiedy rakieta wielokrotnego użytku ląduje, jej konstrukcje muszą wytrzymać uderzenie o sile stu ton. Wytrzymałość, wytrzymałość i lekka konstrukcja elementów nośnych są kluczem do skutecznego odzyskiwania rakiety. Przełamywanie ograniczeń konwencjonalnych procesów produkcyjnych,stop tytanuprodukcja przyrostowa wykorzystuje zintegrowane formowanie i zalety lekkiej konstrukcji o wysokiej wytrzymałości, aby wspierać sprzęt lotniczy i kosmiczny pod obciążeniem rzędu stu ton, stymulując rozwój chińskiego komercyjnego przemysłu lotniczego i pojazdów nośnych nowej generacji.

 

 

 

1. Podstawowy dylemat dotyczący komponentów lotniczych

Konstrukcje nośne muszą wytrzymać ogromne uderzenia, zachowując jednocześnie niski ciężar własny. Każdy dodatkowy kilogram masy konstrukcyjnej zmniejsza ładowność rakiety.

 

2. Wady konwencjonalnych procesów montażowych

Duże części nośne są wytwarzane poprzez kucie dzielonych segmentów, a następnie spawanie. Szwy spawalnicze i złącza powodują koncentrację naprężeń, co może powodować pęknięcia zmęczeniowe pod wpływem powtarzających się uderzeń z siłą stu ton i utrudniać ponowne użycie rakiety.

 

3.Ograniczenia rozwiązań stalowych

Stal o wysokiej wytrzymałości zapewnia wystarczającą wytrzymałość, a jednocześnie zwiększa masę komponentów, zmniejszając nośność rakiety i nie pozwalając na pogodzenie wysokiej nośności z wymaganiami dotyczącymi lekkości.

 

4. Problemy związane z tradycyjną obróbką stopu tytanu

Stop tytanu charakteryzuje się wysoką wytrzymałością właściwą, odpornością na temperaturę i odpornością na korozję, co czyni go idealnym materiałem lotniczym. Niemniej jednak kucie i cięcie powodują straty ciężkich materiałów, utrudniają tworzenie złożonych struktur i prowadzą do długich terminów realizacji. Nie można w pełni wykorzystać jego zalet materialnych, aby sprostać wymaganiom badawczo-rozwojowym w zakresie sprzętu lotniczego i kosmicznego nowej generacji.

 

 

1.Zasada techniczna

Produkcja przyrostowa (druk 3D metalu) eliminuje ograniczenia nałożone przez tradycyjne formy i obróbkę skrawaniem, oferując alternatywę dla komponentów lotniczych ze stopów tytanu. Realizuje zintegrowane formowanie poprzez topienie warstwa po warstwie i osadzanie materiału.

 

2. Lekkie zalety

Umożliwia projektowanie zoptymalizowane pod kątem topologii, w którym materiały są umieszczane tylko w krytycznych miejscach przenoszących naprężenia, maksymalizując redukcję masy przy jednoczesnym zachowaniu nośności.

 

3. Lepsze działanie przeciwzmęczeniowe

Zintegrowane formowanie eliminuje podatne na naprężenia słabe punkty, takie jak szwy spawalnicze i złącza montażowe, eliminując uszkodzenia zmęczeniowe pod obciążeniem przemiennym rzędu stu ton.

 

4. Wyższa wydajność i wykorzystanie materiałów

Osiąga wysokie wykorzystanie materiałów i krótsze cykle rozwojowe, umożliwiając iterację i optymalizację strukturalną modeli lotniczych i kosmicznych oraz zapewniając kompleksowe ulepszenia materiałów, procesów, wydajności i wydajności.

 

 

1. Scenariusz testowy

Pionowe odzyskiwanie na lądzie pierwszego stopnia wzmacniacza Zhuque-3 służy jako rzeczywisty test technologii wytwarzania dodatków ze stopu tytanu. Przeguby nóg podwozia rakiety muszą wytrzymać natychmiastowe uderzenie o wartości stu ton w trudniejszych warunkach pracy niż podwozia samolotów cywilnych.

 

2.Zastosowanie techniczne

Połączenia rdzenia głównych i pomocniczych goleni podestu są formowane integralnie w procesie wytwarzania przyrostowego stopu tytanu. W porównaniu z konwencjonalnymi konstrukcjami stalowymi poszczególne elementy osiągają redukcję masy o 20–30%. Całkowita masa czterech zestawów nóg podporowych nie przekracza czterech ton, co spełnia wskaźniki zmęczenia przy wielokrotnym ponownym użyciu rakiety.

 

3. Osiągnięcia praktyczne

Nogi podestu prawidłowo rozłożone i zablokowane. Przeguby wykonane ze stopu tytanu przetrwały uderzenia podczas lądowania o wysokości stu ton i zapewniły stabilne lądowanie wzmacniacza. Pomogło to w pomyślnym pierwszym w Chinach naziemnym pionowym odzyskaniu rakiety nośnej zdolnej do wyniesienia na orbitę oraz zakończyło weryfikację technologii w warunkach rzeczywistych pod obciążeniem rzędu stu ton.

 

 

1. Rozszerzone zastosowania wykraczające poza rakiety wielokrotnego użytku

Produkcja dodatków ze stopu tytanu została już wdrożona w wielu kluczowych krajowych programach lotniczych. Wspornik wiązania rdzenia rakiety Long March-5B, główny element nośny podlegający naciskowi ponad 200 ton, został wykonany w procesie wytwarzania integralnie uformowanego stopu tytanu. Zmniejsza wagę o 200 kilogramów i przewyższa konwencjonalne odkuwki. Weryfikacja pierwszego lotu oznacza poważny skok technologiczny w przypadku dużych głównych elementów nośnych.

 

2. Szerokie zastosowanie dla różnorodnych podstawowych komponentów

Technologia ta jest obecnie stosowana w przypadku precyzyjnych, obciążonych i wielkogabarytowych części, w tym złożonych kanałów przepływowych silnika, ram wsporczych satelitów i sekcji przejściowych zbiorników. W środowiskach kosmicznych charakteryzujących się ekstremalnymi wahaniami temperatury, wibracjami i dużymi obciążeniami, integralnie uformowane komponenty zapewniają ciągłe przenoszenie siły przy znacznie zwiększonej stabilności strukturalnej i właściwościach przeciwzmęczeniowych, zapewniając niezawodne działanie sprzętu lotniczego.

 

 

1.Aktualny stan

Pomyślna walidacja pod obciążeniem rzędu stu ton oznacza przejście technologii od badań laboratoryjnych do praktycznego zastosowania inżynieryjnego. Nadal jednak występują wąskie gardła techniczne, które nie pozwalają na zaspokojenie wymagań w zakresie wystrzeliwania rakiet o wysokiej częstotliwości, produkcji masowej i wielokrotnego ponownego wykorzystania.

 

2.Kluczowe wyzwania, którym należy sprostać

Priorytety obejmują kontrolowanie odkształceń wywołanych naprężeniami termicznymi w komponentach o dużych rozmiarach, tłumienie defektów wewnętrznych, gwarantowanie spójnej wydajności we wszystkich partiach produkcyjnych oraz opracowywanie wysoce precyzyjnych technik badań nieniszczących.

 

3. Perspektywy rozwoju

Sieci branżowe będą w dalszym ciągu optymalizować parametry drukowania i przepływy pracy związane z obróbką cieplną, ustanawiać systemy kontroli jakości obejmujące cały proces i napędzać technologię od produkcji próbnej w małych partiach do produkcji standardowej na masową skalę, aby wspierać rozwój lotnictwa i kosmonautyki na skalę przemysłową.

 

 

Ruihang, bezpośredni producent wyrobów tytanowych, dostarcza optymalne blachy/arkusze z tytanu i stopów tytanu, pręty, rury, pierścienie, półprodukty i sekcje do kucia. Jakość zgodna ze standardami AMS, ASTM, MIL, ISO, GB, GJB.

Specjalizujemy się w produktach tytanowych dla przemysłu lotniczego. Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt e-mailowy:Sam.Rui@bjrh-titanium.com