Чому для несучих конструкцій-ракет використовується виробництво добавок із титанового сплаву?

Коли ракета багаторазового використання торкається землі, її конструкції повинні витримати удар заввишки в сто тонн. Міцність, міцність і легка конструкція несучих компонентів є ключем до успішного відновлення ракети. Подолаючи межі звичайних виробничих процесів,титановий сплавАдитивне виробництво використовує інтегроване формування та переваги високої міцності, легкої ваги, щоб підтримувати аерокосмічне обладнання під навантаженнями у сто тонн, прискорюючи розвиток китайської комерційної аерокосмічної галузі та ракет-носіїв нового покоління.

 

 

 

1. Основна дилема для аерокосмічних компонентів

Несучі конструкції повинні витримувати сильний удар, зберігаючи низьку власну вагу. Кожен додатковий кілограм маси конструкції зменшує вантажопідйомність ракети.

 

2. Недоліки звичайних процесів складання

Великі несучі деталі виготовляються шляхом кування розрізних сегментів з подальшим зварюванням. Зварювальні шви та з’єднання, як правило, спричиняють концентрацію напруги, що може викликати втомні тріщини під час повторного удару на рівні 100 тонн і перешкоджати повторному використанню ракети.

 

3. Обмеження сталевого розчину

Високоміцна сталь забезпечує достатню міцність, але додає значну вагу компонентів, знижуючи вантажопідйомність ракети та не в змозі поєднати високу несучу здатність із вимогами до легкої ваги.

 

4. Болючі точки традиційної обробки титанового сплаву

Титановий сплав має високу питому міцність, термостійкість і стійкість до корозії, що робить його ідеальним аерокосмічним матеріалом. Тим не менш, кування та різання приносять великі відходи матеріалу, створюють труднощі у формуванні складних конструкцій і призводять до тривалого часу виготовлення. Його матеріальні переваги не можуть бути повністю використані для задоволення потреб у дослідженнях і розробках для аерокосмічного обладнання нового покоління.

 

 

1. Технічний принцип

Адитивне виробництво (тривимірний друк металу) позбавляє від обмежень, які накладають традиційні прес-форми та механічна обробка, пропонуючи альтернативу аерокосмічним компонентам із титанового сплаву. Він реалізує комплексне формування шляхом пошарового плавлення та осадження матеріалу.

 

2. Легкі переваги

Це дає змогу створювати топологічно оптимізовану конструкцію, у якій матеріали розміщуються лише в критичних місцях, що несуть навантаження, максимально зменшуючи вагу, зберігаючи здатність до навантаження.

 

3. Покращена ефективність проти втоми

Інтегроване формування усуває схильні до напруг слабкі місця, такі як зварні шви та монтажні з’єднання, усуваючи втомну поломку під змінними навантаженнями на рівні сотень тонн.

 

4. Вища ефективність і використання матеріалів

Він забезпечує високий рівень використання матеріалів і коротші цикли розробки, враховуючи ітерацію та структурну оптимізацію аерокосмічних моделей, а також забезпечуючи комплексне оновлення матеріалів, процесів, продуктивності та ефективності.

 

 

1. Тестовий сценарій

Наземне вертикальне відновлення першого ступеня прискорювача Zhuque‑3 служить реальним випробуванням технології виробництва добавок із титанового сплаву. З’єднання опорно-посадкових опор ракети повинні витримувати миттєвий удар на рівні 100 тонн у більш жорстких умовах роботи, ніж посадкові частини цивільних літаків.

 

2.Технічне застосування

Основні з’єднувальні з’єднання для основних і допоміжних посадочних опор створені як єдине ціле шляхом виробництва добавок із титанового сплаву. У порівнянні зі звичайними сталевими конструкціями окремі компоненти зменшують вагу на 20–30%. Загальна вага чотирьох комплектів посадочних опор зберігається менше чотирьох тонн, що задовольняє показники втоми для багаторазового використання ракети.

 

3.Практичні досягнення

Посадочні ноги розгорнуті та зафіксовані належним чином. З’єднання з титанового сплаву, виготовлені з використанням добавок, витримували стотонне приземлення та забезпечували стабільне приземлення ракети-носія. Це підтримало успішне перше в Китаї наземне вертикальне відновлення ракети-носія, здатної виводити на орбіту, і завершило перевірку технології в реальних умовах під навантаженнями в сто тонн.

 

 

1. Розширене застосування за межі багаторазових ракет

Виробництво добавок із титанового сплаву було зріло розгорнуто в багатьох ключових вітчизняних аерокосмічних програмах. Опорний кронштейн основного ступеня для ракети Long March-5B, основного несучого компонента, який зазнає тяги понад 200 тонн, використовує цілісно сформоване адитивне виробництво з титанового сплаву. Він зменшує вагу на 200 кілограмів і перевершує звичайні кування. Його перевірка в першому польоті знаменує великий технологічний стрибок для великих основних несучих компонентів.

 

2. Широке застосування різноманітних основних компонентів

Тепер ця технологія застосовується до високоточних, високонавантажених і великогабаритних деталей, включаючи складні канали потоку двигуна, опорні рами сателітів і перехідні секції резервуарів. У космічному середовищі з екстремальними коливаннями температури, вібрацією та великими навантаженнями інтегрально сформовані компоненти забезпечують безперервну передачу зусиль із значно покращеною структурною стабільністю та властивостями проти втоми, забезпечуючи надійну роботу аерокосмічного обладнання.

 

 

1. Поточний стан

Успішна валідація під навантаженнями у сто тонн означає перехід технології від лабораторних досліджень до практичного інженерного впровадження. Тим не менш, залишаються технічні вузькі місця для задоволення вимог щодо високочастотних запусків, масового виробництва та багаторазового використання.

 

2. Ключові виклики, які необхідно вирішити

Пріоритети включають контроль деформації, спричиненої термічною напругою, у великогабаритних компонентах, придушення внутрішніх дефектів, гарантування сталої продуктивності в виробничих партіях і розробку високоточних методів неруйнівного контролю.

 

3. Перспектива розвитку

Промислові ланцюги продовжуватимуть оптимізувати параметри друку та робочі процеси термічної обробки, створювати системи контролю якості повного процесу та рухати технологію від дрібносерійного пробного виробництва до стандартизованого та масового виробництва для підтримки аерокосмічного розвитку в промислових масштабах.

 

 

Ruihang, прямий виробник титанової продукції, постачає оптимальні пластини/листи з титану та титанового сплаву, прутки, труби, кільця, ковальські заготовки та профілі. Якість відповідає стандартам AMS, ASTM, MIL, ISO, GB, GJB.

Ми спеціалізуємося на виробах з титану в аерокосмічній промисловості. Для отримання додаткової інформації, будь ласка, зв’яжіться з нами електронною поштою:Sam.Rui@bjrh-titanium.com