Григорий Николаев - Металл Века
Большая, чем у алюминия, прочность титана позволила уменьшить диаметр заклепок, в результате чего конструкции самолета в состоянии нести более высокие динамические нагрузки, так как усталостная прочность титана выше, чем алюминия или стали.
Титановые сплавы применяют для изготовления каркаса фюзеляжа, шпангоутов, трубопроводов, элементов жесткости, лонжеронов. Замена титаном алюминиевых сплавов несколько снижает жесткость конструкции, так как применяют листы более тонкие, чем прежде. Чтобы сохранить высокую жесткость, используют "сотовые” титановые панели. Благодаря высокой сопротивляемости окислению и достаточной жаропрочности титан используют вместо стали для изготовления противопожарных перегородок.
В последнее время титан успешно применяют в конструкциях вертолетов. Из титановых сплавов изготовляют двери, пол, лопасти несущих винтов. В частности, обшивка титаном лопастей винтов позволяет снизить массу вертолета на 30 килограммов.
МЕТАЛЛ СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ
Стремительный рост скоростей полета самолетов и значительное повышение в связи с этим аэродинамического нагрева вызвали резкое увеличение применения титановых сплавов для обшивки фюзеляжа.
При скорости, втрое превышающей скорость звука, на высоте более 20 километров, несмотря на пятидесятиградусный мороз за бортом, поверхность самолета на отдельных участках полета нагревается до 500 градусов и выше. Особенно сильно нагреваются передние кромки стабилизаторов и крыльев, носовые конусы, элероны. Летчик, пилотирующий самолет, видит, что отдельные части обшивки в результате трения о воздух накалены докрасна.
Алюминиевые и магниевые сплавы не выдерживают длительного нагрева при температурах 250°С и выше, размягчаются, теряют прочность. Это делает их непригодными для обшивки сверхзвуковых машин. Специальные жаропрочные сплавы титана не утрачивают своих свойств до 550—600 градусов, а при кратковременном нагреве — и до 800°С. При температуре около 300°С титановые сплавы прочнее алюминиевых в 10 раз! Поэтому титановые плиты и листы широко применяют для изготовления обшивки сверхзвуковых самолетов.
Самолеты нагреваются не только вследствие трения о воздух, но и от находящихся на борту реактивных двигателей — сильных источников тепла. Большое количество титана используют в турбореактивных двигателях 'В виде лопаток и дисков воздушных компрессоров, деталей газовых турбин, кожухов двигателей и т.д.
У реактивных двигателей самолетов, летающих со скоростями, вдвое превышающими скорость звука, температура воздуха на входе в компрессор составляет более 200°С, а на выходе — 500. При таких температурах алюминиевые сплавы применять уже нельзя. Можно, правда, использовать стали, но ведь они гораздо тяжелее титановых сплавов, поэтому применяют сплавы нового металла. Титановые сплавы составляют четвертую часть от массы современных зарубежных реактивных двигателей. Двигатель известного американского самолета-разведчика У-2, один из которых, пилотируемый американским разведчиком Пауэрсом, нарушил воздушные границы СССР и был в свое время сбит под Свердловском, содержал в своей конструкции около 1400 килограммов титана.
Применяемые в газовых турбинах титановые детали выдерживают нагрев при температуре 480°С и позволяют снизить массу турбины дозвукового двигателя на 200, а сверхзвукового — на 100 килограммов.
По мере того, как растут скорости полета и размеры самолетов, расширяется и применение титана в конструкциях летательных аппаратов. Если в дозвуковых самолетах количество титана составляет 1—3 процента от общей массы машин, то в самолетах, летающих со скоростью до 2400 километров в час, на титан приходится уже 3—10 процентов, а в самолетах, мчащихся с еще большими скоростями, количество титана в общей массе машины доходит до 90 процентов, то есть самолет практически полностью состоит из титана, за исключением, разумеется, тех деталей, которые вообще не делаются из металлов.
В США разработан и построен самолет-перехватчик ”Локхид
А-11”. Он достигает высот в 20 километров и более и развивает скорость 3200 километров в час. Это первый американский полностью титановый самолет, в конструкции которого более 30 тонн титана.
Можно назвать десятки серийных военных самолетов, в которых использован титан. Среди них истребители и бомбардировщики, перехватчики, транспортные и военно-морские машины, взлетающие с палуб авианосцев. Титановые сплавы занимают большое' место в конструкции самолета широкого назначения ”Р-4 Фантом” и в экспериментальном, оснащенном ракетным двигателем самолете ”Х-15”, в машине с вертикальными взлетом и посадкой ”ХВ-5А” и в сверхзвуковом бомбардировщике ”ХВ-70А”, в котором число деталей из титана достигает 22 тысяч.
Титан используется не только в американских самолетах. Во Франции новый промышленный материал применяют в самолете ”Мираж-1У”, в реактивном двигателе ”Адур” для самолета ”Ягуар”. Широко применяют его в самолетостроении других стран.
В НЕБЕСАХ . .. НА ЗЕМЛЕ.. . И НА МОРЕ
Как сообщает американская печать, применение титана в ракетной технике США началось в 1957 году, когда потребовалось снизить массу ракеты ,,Атлас, Замена стальных баллонов высокого давления резервуарами из титана позволила облегчить ракету на 68 килограммов.
В последние годы в США почти все резервуары, предназначенные для хранения сжатых и сжиженных газов на ракетах, изготовляли из титановых сплавов. Эти сплавы применяют также для изготовления реактивных сопел, станин двигателя, коммуникаций подачи топлива и окислителя и других важных узлов ракет.
Из титановых сплавов делают корпуса ракет, работающих на твердом топливе, что дает весьма существенные преимущества. Так, например, благодаря применению титана корпус второй ступени межконтинентального баллистического снаряда ”Минитмэн-2” имеет массу всего 160 кг, тогда как точно такой же корпус из стали имел бы массу 290 кг. Стоимость корпуса всего лишь на 20 процентов выше стоимости стального.
Экономия массы ракет улучшает их основные характеристики — скорость и дальность полета, грузоподъемность и т.п. Но уменьшение массы — не единственное преимущество, которое дает титан.
Корпуса ракет, изготовленные из нового промышленного металла, отличаются высокой жесткостью и продольной устойчивостью. Титановый корпус реактивного снаряда легче обрабатывается резанием и не требует в отличие от стали дополнительной термической обработки сварного шва.
Высокая коррозионная стойкость титановых сплавов, их жаропрочность позволяют изготовлять из них форсуночные головки и форсунки ракет. В частности, титановый сплав применен для передней части корпуса ракеты ”Авангард”. В результате трения о воздух эта чать корпуса сильно нагревается, ее температура в некоторые моменты превышает 800°С. Но титановый сплав выдерживает такой нагрев и даже при столь высокой температуре обеспечивает необходимую прочность конструкции.
Сплав системы титан — алюминий — ванадий исследовали и как конструкционный материал ионных ракетных двигателей. Из этого сплава разработана конструкция труб, отходящих от титановых сосудов к двигателю. Такое соединение может выдерживать вибрационные нагрузки, сильные удары, резкие колебания температур за короткий промежуток времени.
Предлагают использовать титановые сплавы в опорной конструкции термоядерного двигателя. Топливные баки из титановых сплавов для хранения жидкого кислорода и водорода не разрушаются при сверхнизких температурах, как это бывает с большинством металлов, напротив — они становятся еще прочнее.
Титан использован в конструкциях таких хорошо известных американский ракет, как ”Аджена* ”Тор”, "Титан”, ”Эйблстар”, в управляемом снаряде ”Першинг”, морской ракете ”Поларис”. Новый конструкционный материал используется также в ракетостроении Японии, ФРГ и других зарубежных стран.
Крупными потребителями титана станут со временем артиллерия и бронетанковые войска.
Согласно опубликованной информации, уже довольно продолжительное время в США, например, ведутся исследования опытных образцов армейской боевой техники из сплавов титана. Вполне понятно, что при этом основное внимание направлено на оружие, которое переводят по воздуху или переносят вручную.
Еще в начале 50-х годов сотрудники лаборатории Уотертаунского арсенала предложили изготовить из титана опорную плиту миномета. Замена стали титаном и некоторая конструктивная переделка позволили вместо двух деталей плиты общей массой 22 килограмма изготовить одну деталь массой 11 килограммов, переносить которую в состоянии один человек.Успешно прошли испытания титановые крестовины лафетов, кронштейны зенитных орудий, цилиндры противооткатных приспособлений, орудийные станки и пламегасители. Титановые артиллерийские пламегасители повышают эффективность использования орудий и отлично противостоят развивающимся при стрельбе нагрузкам, а новые крестовины лафетов почти вдвое легче старых стальных.
