Aplicações do titânio na indústria aeroespacial

1. Razão excepcional de força / peso (alta resistência, baixa densidade):O titânio tem uma densidade de cerca de 4,5 g/cm³, o que é apenas 60% da de aço, mas sua força é comparável a muitos aços de alta resistência. Isso significa que, para os mesmos requisitos de resistência e rigidez, o uso de ligas de titânio pode reduzir significativamente o peso em comparação com o aço.A redução de peso é um tema perpétuo no aeroespacial;Cada quilograma salvo se traduz em eficiência substancial de combustível, faixa mais longa ou maior capacidade de carga útil.

2. Excelente resistência à corrosão:Uma camada densa e estável de óxido (TiO₂) se forma na superfície do titânio, dando-lhe resistência à atmosfera, água do mar e produtos químicos comuns no aeroespacial (como líquido hidráulico e líquido de degelo). Sua resistência à corrosão é muito superior ao aço inoxidável. Isso aprimora bastante a vida útil e a confiabilidade do componente, reduzindo os custos de manutenção.

3.Bood Desempenho de alta temperatura:As ligas de titânio convencionais (como Ti-6Al-4V) podem operar de maneira estável a longo prazo a 400-500 ° C, enquanto algumas ligas de titânio de alta temperatura especializadas (como os compostos intermetálicos de Ti-al) podem suportar temperaturas até 600 ° C e acima. Isso o torna ideal para componentes de seção quente dos motores de aeronaves.

4.Compatibilidade com materiais compostos:O titânio possui um potencial de corrosão eletroquímica semelhante aos compósitos de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP). Quando os dois estão em contato, eles não sofrem de corrosão galvânica grave. Portanto, o titânio é frequentemente usado para fixadores, colchetes e junções conectadas a componentes compostos.

O motor é o "coração" de uma aeronave e o componente com o maior uso de ligas de titânio (representando cerca de 25% a 40% do peso total do motor).

Blades de ventilador:As pás do ventilador da frente dos modernos motores turbofan de alto golpe (como o salto, GenX) geralmente usam ligas de titânio. Eles exigem força extremamente alta para suportar enormes forças centrífugas e possíveis impactos em objetos estrangeiros.

Discos e lâminas do compressor:Discos, lâminas e carcaças nos estágios de baixa pressão do compressor usam extensivamente as ligas de titânio. Esses componentes operam em ambientes de alta temperatura e alta pressão, materiais exigentes com alta resistência, resistência à fadiga e resistência à fluência.

Nacelas e suportes do motor:Esses componentes estruturais também usam quantidades significativas de liga de titânio para redução de peso.

Na estrutura da aeronave, as ligas de titânio são usadas para estruturas críticas de carga, particularmente em áreas onde as ligas tradicionais de alumínio não podem atender aos requisitos.

Componentes do trem de pouso:O trem de pouso deve suportar as imensas forças de impacto durante o pouso e as cargas estáticas, tornando-o um dos componentes de maior carga em uma aeronave. As ligas de titânio de alta resistência (como TI-10V-2FE-3AL) são usadas para fabricar feixes críticos de trem de pouso, suportes e elos de torque.

Junções de asa e fuselagem:Componentes críticos portadores de carga, como a caixa de asa central, conectando as asas à fuselagem, faixas de aba e feixes de quilha geralmente usam seios de liga de titânio de alta resistência devido a cargas concentradas.

Prendedores:Os rebites da liga de titânio, parafusos, parafusos e outros fixadores são amplamente utilizados porque são fortes, leves e resistentes à corrosão.

Sistemas e oleodutos hidráulicos:Devido à excelente resistência à corrosão do titânio, é frequentemente usado para fabricar sistemas de oleodutos hidráulicos complexos, garantindo confiabilidade a longo prazo.

No setor espacial, os benefícios da redução de peso são ainda mais significativos (diretamente relacionados à capacidade de lançamento), juntamente com a necessidade de suportar ambientes extremos de temperatura e o vácuo do espaço.

Motores de foguete:Componentes de motores de foguetes alimentados com líquidos, como tanques de propulsores, turbopumos e injetores, usam ligas de titânio para suportar a corrosão do oxigênio/hidrogênio líquido criogênico e altas pressões.

Vasos de pressão:Os cilindros de gás de liga de titânio usados ​​para armazenar gases de alta pressão (como hélio) e propulsores são leves, têm alta resistência à pressão e oferecem boa confiabilidade.

Estruturas de satélite:Suportes de satélite, molduras de conexão, barris de espelho da câmera e outros componentes estruturais usam ligas de titânio para atender aos requisitos rigorosos de estabilidade estrutural, design leve e alta rigidez no ambiente espacial.

Espaçonave tripulada:A espaçonave tripulada como o Shenzhou e a Soyuz usam ligas de titânio extensivamente nas estruturas de carga de seus módulos de retorno.