Proč se výroba aditiv z titanové slitiny používá pro raketové nosné-konstrukce?

Když opakovaně použitelná raketa přistane, její konstrukce musí vydržet náraz o výšce sto tun. Pevnost, houževnatost a lehká konstrukce nosných součástí jsou klíčem k úspěšnému zotavení rakety. Prolomení limitů konvenčních výrobních procesů,slitina titanuaditivní výroba využívá integrované tvarování a vysokou pevnost odlehčených vlastností k podpoře leteckého hardwaru pod zatížením na úrovni stovek tun, čímž podporuje vývoj čínského komerčního letectví a nosných raket nové generace.

 

 

 

1. Základní dilema pro letecké komponenty

Nosné konstrukce musí odolat masivním nárazům při zachování nízké vlastní hmotnosti. Každý další kilogram konstrukční hmotnosti snižuje nosnost rakety.

 

2. Nevýhody konvenčních montážních procesů

Velké nosné díly jsou vyráběny kováním dělených segmentů s následným svařováním. Svary a spoje mají tendenci spouštět koncentraci napětí, což může způsobit únavové trhliny při opakovaném nárazu o výšce sto tun a bránit opětovnému použití rakety.

 

3.Omezení ocelového řešení

Vysokopevnostní ocel poskytuje dostatečnou pevnost, ale přidává značnou hmotnost součástí, snižuje nosnost rakety a nedokáže sladit vysokou nosnost s požadavky na nízkou hmotnost.

 

4.Bolest tradičního zpracování titanových slitin

Titanová slitina se vyznačuje vysokou specifickou pevností, teplotní odolností a odolností proti korozi, což z ní činí ideální materiál pro letectví a kosmonautiku. Kování a řezání však přináší velké plýtvání materiálem, představuje potíže při vytváření složitých struktur a vede k dlouhým dodacím lhůtám. Jeho materiálové výhody nelze plně využít ke splnění požadavků výzkumu a vývoje na zařízení pro letectví a kosmonautiku nové generace.

 

 

1.Technický princip

Aditivní výroba (kovový 3D tisk) se zbavuje omezení vyplývajících z tradičních forem a obrábění a nabízí alternativu pro letecké komponenty ze slitiny titanu. Realizuje integrované tváření prostřednictvím tavení vrstvy po vrstvě a nanášení materiálu.

 

2. Lehké výhody

Umožňuje návrh optimalizovaný pro topologii, kde jsou materiály umístěny pouze v kritických nosných polohách, což maximalizuje snížení hmotnosti při zachování nosnosti.

 

3. Zlepšený účinek proti únavě

Integrované tváření odstraňuje slabá místa náchylná k namáhání, jako jsou svary a montážní spoje, a řeší únavové selhání při střídavém zatížení na úrovni sto tun.

 

4. Vyšší účinnost a využití materiálu

Dosahuje vysokého využití materiálu a kratších vývojových cyklů, umožňuje iteraci a strukturální optimalizaci leteckých modelů a přináší komplexní upgrady materiálů, procesů, výkonu a účinnosti.

 

 

1.Testovací scénář

Vertikální oživení prvního stupně boosteru Zhuque-3 na zemi slouží jako reálný test technologie výroby přísad z titanové slitiny. Spoje raketových přistávacích nohou musí vydržet okamžitý náraz o výšce sto tun v drsnějších pracovních podmínkách než přistávací zařízení civilních letadel.

 

2.Technická aplikace

Spoje jádra pro primární a pomocné přistávací nohy jsou integrálně vytvořeny aditivní výrobou z titanové slitiny. Ve srovnání s konvenčními ocelovými konstrukcemi dosahují jednotlivé komponenty snížení hmotnosti o 20 % až 30 %. Celková hmotnost čtyř sad přistávacích nohou je udržována pod čtyřmi tunami, což vyhovuje ukazatelům únavy pro opakované použití rakety.

 

3. Praktické úspěchy

Přistávací nohy správně nasazené a zajištěné. Aditivně vyráběné spoje z titanové slitiny přežily nárazy při přistání ve výšce sto tun a zajistily stabilní přistání posilovače. To podpořilo úspěšnou první pozemní vertikální obnovu nosné rakety schopné oběžné dráhy v Číně a dokončilo reálné ověření technologie při zatížení v úrovni sto tun.

 

 

1. Rozšířené aplikace nad rámec opakovaně použitelných raket

Výroba přísad z titanové slitiny byla zrale nasazena v mnoha klíčových domácích leteckých programech. Nosná konzola vázání základního stupně pro raketu Long March-5B, primární nosná součást podléhající tahu více než 200 tun, využívá výrobu aditiv z integrální slitiny titanu. Snižuje hmotnost o 200 kilogramů a překonává konvenční výkovky. Jeho první letové ověření znamená velký technologický skok pro velké primární nosné komponenty.

 

2. Široké přijetí pro různé základní komponenty

Tato technologie je nyní aplikována na vysoce přesné, vysoce zatížené a velké díly, včetně komplexních průtokových kanálů motoru, satelitních podpůrných rámů a přechodových sekcí nádrží. V kosmickém prostředí s extrémními výkyvy teplot, vibracemi a velkým zatížením zajišťují integrálně tvarované komponenty nepřetržitý přenos síly s výrazně zvýšenou strukturální stabilitou a protiúnavovými vlastnostmi, což zajišťuje spolehlivý provoz leteckého vybavení.

 

 

1.Aktuální stav

Úspěšná validace při zatížení v úrovni sto tun představuje přechod technologie od laboratorního výzkumu k praktickému technickému nasazení. Stále však přetrvávají technická úzká místa pro uspokojení požadavků na vysokofrekvenční starty, hromadnou výrobu a vícenásobné opětovné použití.

 

2. Klíčové výzvy, které je třeba řešit

Mezi priority patří kontrola deformací způsobených tepelným namáháním u komponent velkých rozměrů, potlačení vnitřních defektů, zaručení konzistentního výkonu napříč výrobními šaržemi a vývoj vysoce přesných nedestruktivních testovacích technik.

 

3.Výhled rozvoje

Průmyslové řetězce budou nadále optimalizovat tiskové parametry a pracovní postupy tepelného zpracování, zavádět systémy kontroly kvality s plným procesem a posouvat technologii od malosériové zkušební výroby ke standardizované a masové výrobě na podporu průmyslového vývoje v oblasti letectví a kosmonautiky.

 

 

Ruihang, přímý výrobce titanových produktů, dodává optimální titanové a titanové slitinové desky/plechy, tyče, trubky, kroužky, výkovky a profily. Kvalita odpovídá standardu AMS, ASTM, MIL, ISO, GB, GJB.

Specializujeme se na titanové produkty v leteckém průmyslu. Pro více informací nás neváhejte kontaktovat prostřednictvím e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com