Titaaniseosten käyttö ilmailussa

Titaanin käyttö ilmailuteollisuudessa on myös saavuttanut tavoitteensa vähentää laukaisupainoa, lisätä kantamaa ja säästää kustannuksia, ja se on suosittu materiaali ilmailuteollisuudessa. Raketeissa, ohjuksissa ja ilmailuteollisuudessa sitä voidaan käyttää painesäiliöinä, polttoainesäiliöinä, rakettimoottoreiden kuorina, rakettisuuttimien holkkina, keinotekoisina satelliittikuorina, miehitetyinä avaruusalusten hyttejä (nahka ja rakennerunko), laskutelineenä, kuumoduulina, propulsiojärjestelmänä, jne.

Ti-6Al-4V-seosta käytetään laajalti ensimmäisen vaiheen rakettimoottorin kuorimateriaalina Yhdysvalloissa. Muita tätä seosta käyttäviä seoksia ovat: jättimäiset lieriömäiset nestemäiset rakettisäiliöt; mannertenväliset ballistiset ohjukset, "Minuteman"-ohjukset ja muut pallomaiset ja elliptiset moottorin kuoret jne. Toisaalta Ti-6Al-4VELI:n ja Ti-5Al{n välielementit {6}}.5SnELI-lejeeringeissä on alhainen happipitoisuus ja niitä voidaan käyttää erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Näitä seoksia käytetään rakettien ja ohjusten nestemäisenä vetysäiliönä, Mercury-avaruusaluksen ja Gemini-avaruusaluksen sinetöityinä hyteinä ja Kuuhun onnistuneesti laskeutuneen "Apollo"-avaruusaluksen päärakenneosat.

Teollisen puhtaan titaanin lisäksi Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4VELI ja Ti-5Al-2.5SnELI, titaani ja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa käytettävät titaaniseokset sisältävät myös Ti-7Al-4Mo, Ti-3Al{{13 }}.5V, Ti-13V-1Cr-Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al ja Ti/B-Al komposiitti materiaalit. Avaruussukkula on maailman ensimmäinen miehitetty avaruusalus, joka voidaan käyttää uudelleen. Sitä alettiin kehittää vuonna 1972 ja ensimmäinen lento onnistui vuonna 1981. Avaruusalus koostuu pienisiipisestä lentokoneesta, 47 metriä pitkästä ulkoisesta polttoainesäiliöstä ja kahdesta kiinteän polttoaineen rakettivahvistimesta, joiden yhteispaino on 500 tonnia. Orbitaalialus on 37 metriä pitkä ja painaa noin 68 tonnia. Tämä koko on suunnilleen sama kuin jet Transport DC-9. Se on tähän mennessä suurin miehitetty avaruusalus. Sen lastiruuma on 18 metriä pitkä ja 5 metriä halkaisijaltaan, ja se pystyy kuljettamaan 29,5 tonnia lastia Maan kiertoradalle.

Avaruussukkula voidaan laukaista raketin tavoin ja lentää kiertoradalla, jonka enimmäiskorkeus on 1000 km kuin avaruusalus. Työntövoiman puuttuessa se voi liukua ja laskeutua kuin lentokone. Tämä avaruussukkula on pohjimmiltaan avaruuskuljetusalus, joten yksi sen hyödyllisyyttä arvioivista parametreista on tehokas kuorma Maan ja Maan kiertoradan välillä kuljetettaessa. Tämän tehokkaan kuormituksen maksimoimiseksi titaaniseoksesta on tullut tärkeä materiaali ilmailun moottorikomponenteissa.

Orbitaalisen avaruusaluksen suunniteltu käyttöikä on 100 lentoa, ja jokainen lento viipyy universumissa 7-30 päivää. Avaruusalus on miehitetty, joten se on suunniteltu sopeutumaan avaruusympäristöön (tyhjiö, äärimmäiset lämpötilaerot kiertoradalla, lämmön muodostuminen ilmakehään palatessa jne.) ja käytettäväksi toistuvasti.

1. Korkeapaineastiat
Titaaniseoksia käytetään monissa paikoissa, koska ne voivat vähentää avaruusalusten kokonaispainoa. Titaanin pääasiallinen käyttötarkoitus on korkeapainesäiliöissä tarvittavan polttoaineen ja kaasun saamiseksi. Kevyitä titaaniseoksesta valmistettuja säiliöitä kehitettiin menestyksekkäästi NASAn Gemini- ja Apollo-avaruusalusohjelmissa käyttäen Ti-6Al-4V-seosta. Apollo-avaruusaluksen rautapaineastioissa on itse asiassa käytetty ennennäkemätöntä rakennetta, jonka turvallisuuskerroin on 1,5, joka oli aiemmin suunniteltu noin 4:n turvallisuuskertoimella. Orbitaalisen avaruussukkulan korkeapainesäiliön keventämiseksi entisestään, käytetään menetelmää valkoisen kversetiinikuitujen (Yhdysvalloissa DuPontin valmistama aromaattinen orgaaninen kuitu) lisäämiseksi ohutseinämäisen titaanisäiliön pintaan. Paineastiat paineistetun kaasun varastointiin. "Ranger"-satelliitti ja boosteri jakoivat 14 titaanikonttia, mikä pienensi kokonaismassaa 272 kg. Paineastiat nestemäisten ponneaineiden varastointiin. "Apollo"-avaruusaluksessa käytettiin noin 50 paineastiaa, joista 85 % oli valmistettu titaanista. Hercules III -siirtymävaiheen moottori pieneni 35 % titaaniseoksesta valmistettuun ponneainesäiliöön vaihtamisen jälkeen.

2. Moottorin kotelo
Kiinteän polttoaineen rakettimoottorin kotelo. Mannertenvälisen "Minuteman"-ohjuksen toisen vaiheen rakettimoottori käyttää Ti64-seosta painon vähentämiseksi 30–40%. Nestemäistä polttoainetta käyttävän rakettimoottorin kotelo. "Apollo" -kuumoduulin laskeutumismoottorin polttokammion painekuori on valmistettu Ti64-seoksesta.

3. Erilaiset rakenneosat
Titaaniseoksia käytetään myös laajasti erilaisissa rakenneosissa. "Mercury"-avaruusaluksen painehytti on valmistettu pääosin titaanista, jonka osuus matkustamon painosta on 80%. "Gemini"-avaruusaluksessa käytetään 7 titaaniseoksia, joissa käytetään 570 kg titaaniosia, mikä vastaa 84 % rakenteen painosta. "Apollo"-avaruusaluksen kannattimet, kiinnikkeet ja kiinnikkeet on valmistettu titaanista, yhteensä 68 tonnia titaania.

4. Hydrauliputket
Avaruussukkulan hydrauliputket käyttävät saumattomia putkia, jotka on valmistettu Ti-3Al-2.5V-seoksesta. Tämän seoksen käytön ansiosta painoa voidaan vähentää yli 40%. Väsymismurtuman herkkyyden vähentämiseksi ja järjestelmän todellisen käyttöiän pidentämiseksi eri putkien kokoonpanossa käytetään automaattista muotoilua.