La aplicación del titanio en la industria aeroespacial aprovecha principalmente sus propiedades como baja densidad, alta resistencia, resistencia a altas-temperaturas y resistencia a la corrosión. Su uso en el sector aeroespacial tiene como objetivo reducir el peso del lanzamiento, aumentar el alcance y ahorrar costos, lo que lo convierte en un material muy buscado-en este campo. El titanio se puede emplear en cohetes, misiles y aplicaciones aeroespaciales como recipientes a presión, tanques de combustible, carcasas de motores de cohetes, revestimientos de boquillas de cohetes, carcasas de satélites, cabinas de naves espaciales tripuladas (piel y esqueletos estructurales), trenes de aterrizaje, módulos lunares y sistemas de propulsión.
El material más utilizado para la carcasa del motor de cohete estadounidense de primera-etapa es la aleación Ti-6Al-4V. Esta aleación también se utiliza en grandes tanques cilíndricos de líquido para cohetes, así como en carcasas de motores esféricas y elípticas para misiles balísticos intercontinentales y el misil "Minuteman".
Por otro lado, debido al bajo contenido de elementos intersticiales, particularmente oxígeno, en las aleaciones Ti-6Al-4V ELI y Ti-5Al-2.5Sn ELI, estas aleaciones se pueden utilizar a temperaturas ultrabajas. Por lo tanto, se utilizan para contenedores de hidrógeno líquido en cohetes y misiles, compartimentos sellados de las naves espaciales "Mercury" y "Gemini", así como los componentes estructurales primarios de la nave espacial "Apollo" que aterrizó con éxito en la luna.
Además del titanio puro industrial, Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-4V ELI y Ti-5Al-2.5Sn ELI, la industria aeroespacial también emplea Ti-7Al-4Mo, Ti-3Al-2.5V, Ti-13V-11Cr-3Al, Ti-15-3Cr-3Sn-3Al y Materiales compuestos Ti/B-Al.
El transbordador espacial, la primera nave espacial tripulada reutilizable del mundo, se desarrolló a partir de 1972 y logró su primer vuelo exitoso en 1981. La nave espacial consta de un pequeño-avión con alas, un tanque de combustible externo de 47-metros-de largo y dos propulsores de cohetes de combustible sólido que suman un total de 500 toneladas.
La nave espacial orbital mide 37 metros de longitud y pesa aproximadamente 68 toneladas, dimensiones aproximadamente equivalentes a las del avión de transporte DC-9. Se trata de la nave espacial tripulada más grande hasta la fecha, con una bodega de carga de 18 metros de longitud y 5 metros de diámetro, capaz de transportar 29,5 toneladas de carga a la órbita terrestre. Como un cohete, puede lanzarse y, como una nave espacial, volar en órbitas de hasta una altitud máxima de 1.000 kilómetros. En ausencia de resistencia atmosférica, puede planear y aterrizar como un avión. Esencialmente una nave de transporte espacial, una de las métricas clave para evaluar su utilidad es la capacidad de carga útil efectiva para transportar mercancías entre la Tierra y la órbita terrestre. Para maximizar esta carga útil efectiva, las aleaciones de titanio se han convertido en un material fundamental para los componentes de vehículos aeroespaciales. La nave espacial orbital está diseñada para una vida útil de 100 vuelos, y cada misión durará de 7 a 30 días en el espacio. Dado que está tripulado, está diseñado para resistir las duras condiciones del espacio (vacío, variaciones extremas de temperatura en órbita y calentamiento durante el reingreso a la atmósfera) y ser reutilizable.
1. Recipiente de alta-presión
Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente porque pueden reducir el peso total de las naves espaciales en órbita. La aplicación principal del titanio es en contenedores de alta-presión para almacenar los combustibles y gases necesarios. Se desarrollaron con éxito contenedores livianos de aleación de titanio para los programas de naves espaciales Gemini y Apollo de la NASA, utilizando una aleación de Ti-6Al-4V. Los recipientes a presión de titanio de la nave espacial Apollo empleaban en la práctica un factor de seguridad sin precedentes de 1,5, mientras que los diseños anteriores utilizaban un factor de seguridad de aproximadamente 4. Para reducir aún más el peso de los contenedores de almacenamiento de alta presión para las naves espaciales orbitales, se adoptó un método que implicaba la aplicación de fibras Twaron (una fibra orgánica aromática producida por DuPont) sobre las superficies de titanio de paredes delgadas. contenedores. Estos contenedores se utilizan para almacenar gases comprimidos. El satélite "Ranger" y su propulsor utilizaron un total de 14 contenedores de titanio, lo que resultó en una reducción de masa de 27 kg.
Recipientes a presión para almacenar propulsores líquidos. En la nave espacial Apolo se utilizaron aproximadamente 50 recipientes a presión, el 85% de los cuales estaban hechos de titanio. El motor de etapa superior J-2S, después de cambiar a tanques de propulsor de aleación de titanio, experimentó una reducción de peso del 35 %.
2. Carcasa del motor
La carcasa de un motor de cohete de combustible-sólido. El motor de cohete de segunda-etapa del misil intercontinental Minuteman emplea aleación Ti64, lo que reduce el peso entre un 30% y un 40%.
La carcasa del motor ignífugo-de combustible líquido. El soporte de presión-de la cámara de combustión del motor de descenso del módulo lunar Apollo está hecho de aleación Ti64.
3. Varios componentes estructurales.
Las aleaciones de titanio también se utilizan ampliamente en diversos componentes estructurales. La cabina de presión de la nave espacial "Mercury" estaba hecha principalmente de titanio y representaba el 80% del peso de la cabina. La nave espacial "Gemini" utilizó siete grados de aleaciones de titanio, con 570 kg de componentes de titanio, lo que representa el 84% del peso estructural. En la nave espacial "Apollo", los soportes, accesorios y sujetadores estaban hechos de titanio, por un total de 68 toneladas de material de titanio.
4. Tuberías hidráulicas
La tubería de combustible del transbordador espacial está hecha de tubos sin costura que utilizan una aleación Ti-3Al-2.5V. La adopción de esta aleación reduce el peso en más de un 40%. Para minimizar la susceptibilidad a fracturas por fatiga y mejorar la vida útil operativa del sistema, el ensamblaje de varias tuberías emplea hidroconformado automático.
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