항공우주 산업에서 티타늄을 적용할 때는 주로 저밀도, 고강도, 고온 저항성, 내식성 등 티타늄의 특성을 활용합니다.- 우주항공 분야에서 사용되는 목적은 발사 무게를 줄이고, 범위를 늘리고, 비용을 절감하는 것입니다. 따라서 현장에서 매우 인기가 높은-소재입니다. 티타늄은 압력 용기, 연료 탱크, 로켓 엔진 케이싱, 로켓 노즐 라이너, 위성 포탄, 유인 우주선 선실(피부 및 구조 뼈대), 랜딩 기어, 달 모듈 및 추진 시스템과 같은 로켓, 미사일 및 항공우주 응용 분야에 사용될 수 있습니다.
미국의 1단계{2}} 로켓 엔진 쉘에 널리 사용되는 재료는 Ti-6Al-4V 합금입니다. 이 합금은 대형 원통형 액체 로켓 탱크뿐만 아니라 대륙간 탄도 미사일과 "Minuteman" 미사일용 구형 및 타원형 엔진 케이스에도 사용됩니다.
반면에 Ti{4}}6Al-4V ELI 및 Ti-5Al-2.5Sn ELI 합금에서는 격자간 원소, 특히 산소 함량이 낮기 때문에 이러한 합금은 초저온에서 사용할 수 있습니다. 결과적으로 로켓과 미사일의 액체 수소 용기, "머큐리"와 "제미니" 우주선의 밀봉된 구획, 그리고 성공적으로 달 착륙에 성공한 "아폴로" 우주선의 주요 구조 부품으로 활용됩니다.
산업용 순수 티타늄인 Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V ELI 및 Ti-5Al-2.5Sn ELI 외에도 항공우주 산업에서는 Ti-7Al-4Mo, Ti-3Al-2.5V, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-15-3Cr-3Sn-3Al 및 Ti-15-3Cr-3Sn-3Al을 사용합니다. Ti/B-Al 복합재료.
세계 최초의 재사용 가능한 유인 우주선인 우주 왕복선은 1972년 개발을 시작하여 1981년에 첫 비행에 성공했습니다. 우주선은 날개 달린 소형 항공기, 47-미터- 길이의 외부 연료 탱크, 총 500톤에 달하는 고체 연료 로켓 부스터 2개로 구성됩니다.
궤도 우주선의 길이는 37m, 무게는 약 68톤으로 제트 수송기 DC-9의 크기와 거의 같습니다. 길이 18m, 직경 5m의 화물창을 갖춘 현재까지 가장 큰 유인우주선으로 29.5톤의 화물을 지구 궤도까지 운반할 수 있다. 로켓처럼 발사가 가능하고, 우주선처럼 최대 고도 1,000km까지 궤도를 따라 비행할 수 있다. 대기 저항이 없으면 항공기처럼 활공하고 착륙할 수 있습니다. 본질적으로 우주 수송선으로서 그 유용성을 평가하기 위한 주요 지표 중 하나는 지구와 지구 궤도 사이에 물품을 수송하기 위한 유효 탑재량 용량입니다. 이러한 효과적인 탑재량을 극대화하기 위해 티타늄 합금은 항공우주 차량 부품의 중요한 소재가 되었습니다. 궤도 우주선은 100회 비행의 수명을 위해 설계되었으며 각 임무는 우주에서 7~30일 동안 지속됩니다. 유인 우주선이기 때문에 우주의 혹독한 조건(진공, 궤도의 극심한 온도 변화, 대기 재진입 중 가열)을 견디고 재사용이 가능하도록 설계되었습니다.
1. 고압-압력 용기
티타늄 합금은 우주선 궤도를 도는 차량의 총 중량을 줄일 수 있기 때문에 널리 사용됩니다. 티타늄의 주요 응용 분야는 필요한 연료와 가스를 저장하기 위한 고압 용기입니다.- 경량 티타늄 합금 컨테이너는 Ti{8}}6Al-4V 합금을 활용하여 NASA의 Gemini 및 Apollo 우주선 프로그램을 위해 성공적으로 개발되었습니다. 아폴로 우주선의 티타늄 압력 용기는 실제로 1.5라는 전례 없는 안전 계수를 사용했지만 이전 설계에서는 약 4의 안전 계수를 사용했습니다. 궤도 우주선용 고압 저장 용기의 무게를 더욱 줄이기 위해 Twaron 섬유(DuPont에서 생산한 방향족 유기 섬유)를 얇은 벽의 티타늄 표면에 적용하는 방법이 채택되었습니다. 컨테이너. 이 용기는 압축 가스를 저장하는 데 사용됩니다. "레인저" 위성과 부스터는 총 14개의 티타늄 컨테이너를 활용하여 27kg의 질량을 줄였습니다.
액체 추진제를 저장하는 압력 용기. 아폴로 우주선에는 약 50개의 압력 용기가 사용되었으며, 그 중 85%가 티타늄으로 만들어졌습니다. J-2S 상단 엔진은 티타늄 합금 추진제 탱크로 전환한 후 중량이 35% 감소했습니다.
2. 엔진 케이싱
고체-연료 로켓 엔진의 케이스입니다. 미니트맨 대륙간 미사일의 2단{2}}로켓 엔진은 Ti64 합금을 사용하여 무게를 30~40% 줄였습니다.
액체-연료를 사용하는 내화성 엔진 케이스입니다. 아폴로 달 착륙선 하강 엔진 연소실의 압력-내력 쉘은 Ti64 합금으로 제작됩니다.
3. 다양한 구조적 구성 요소
티타늄 합금은 다양한 구조 부품에도 널리 사용됩니다. "머큐리" 우주선의 압력실은 주로 티타늄으로 만들어졌으며, 이는 객실 중량의 80%를 차지합니다. "Gemini" 우주선은 구조 중량의 84%에 해당하는 570kg의 티타늄 부품과 함께 7가지 등급의 티타늄 합금을 사용했습니다. '아폴로' 우주선의 브라켓, 고정 장치, 패스너 등은 모두 티타늄으로 만들어졌는데, 총 68톤의 티타늄 소재가 사용됐다.
4. 유압배관
우주 왕복선의 연료 라인 배관은 Ti-3Al-2.5V 합금을 사용하는 이음매 없는 튜브로 만들어집니다. 이 합금을 채택하면 무게가 40% 이상 감소합니다. 피로 균열에 대한 민감성을 최소화하고 시스템의 작동 수명을 향상시키기 위해 다양한 파이프의 조립에 자동 하이드로포밍이 사용됩니다.
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