آژانس های فضایی و ارائه دهندگان راه اندازی خصوصی در حال حاضر به طور منظم قابلیت استفاده، کسر های حمل و نقل بالاتر و طول عمر خدمات طولانی تر را هدف قرار می دهند. دیدار با این اهداف مواد را که می توانند دمای احتراق را بیش از 1500 درجه سانتیگراد، دوچرخه سواری سریع حرارتی، و محیط های اگزوز عملیاتی، و کاهش هزینه های معماری عملیاتی، ضروری می کنند.

نقش محوری سوپرکارها در وسایل نقلیه پرتاب بعدی

فشار بی نظیر به سمت راکت های قابل استفاده مجدد و افزایش نسبت های قدرت به وزن قوی BE4، خواسته های بی سابقه ای را در اجزای ساختاری و داغ قرار داده است. موتورهای مرحله اول، مانند کسانی که در طراحان اکستپرتور یا بلو اوریجین آبی استفاده می شوند، در فشار و دما عمل می کنند که باعث می شود فولادهای معمولی یا آلیاژهای آلومینیوم در عرض چند ثانیه شکست بخورند، سوپرکارها شکاف را پر می کنند، زیرا آنها مقاومت مکانیکی بالا را در برابر ضخامت دیواره های حرارتی را کاهش می دهند و ضخامت پایدار را در برابر این هزینه های حرارتی را کاهش می دهند و مقاومت می کنند.

سوپرکارها چه هستند؟

Superalloys آلیاژ با عملکرد بالا به طور معمول بر اساس نیکل، کبالت، یا آهن-nickel، آلیاژ شده با عناصر مانند کروم، آلومینیوم، تیتانیوم، تنگستن، تنگستن، مولیبدن، و ویژگی تعریف شده آنها توانایی حفظ قدرت مفید در یک بخش بزرگ از نقطه ذوب خود را است.

سوپرکارهای مبتنی بر نیکل بر صنعت راکت به دلیل بالا رفتن و مقاومت اکسیداسیون تا حدود 1100 °C. گونه های مبتنی بر کبالت استفاده می شوند که در آن مقاومت حرارتی چربی یا مقاومت سوپرکوروسیون داغ، اغلب از جمله استفاده از فن آوری تک کریستال است، که مرزهای دانه ای را از بین می برد که مواد را در دمای بالا تضعیف می کند، محدوده دما قابل استفاده توسط 50- عملکرد واحد Nx- برای استفاده از یک نمونه دیگر از یک توربین های تک.

نوآوری های اخیر در تکنولوژی Superalloy

در طول دهه گذشته، چندین پیشرفت مجزا عملکرد فوق العاده حرکتی را به یک رژیم جدید تحمیل کرده است.این نوآوری ها شامل شیمی، پردازش و پوشش های محافظ است.

ترکیب پیشرفته: Microalloying with ReBlocktory Metals

سوپرکارهای مدرن سطوح بالاتری از عناصر انکساری را برای بالا بردن دمای Solvus فاز آلفا و بهبود قدرت دمای بالا، Rhenium، ruthenium، و tantalum در حال حاضر اضافه های رایج در نسل سوم و نسل چهارم از سوپرکارهای فوقال کریستال منفرد را حفظ می کنند.Rhenium، به ویژه، کاهش و تثبیت قطعات پردازش شده است - بنابراین کاهش تراکم مواد و همچنین کاهش می دهد.

تولید افزودنی برای Geometries Complex

تولید افزودنی (AM) تولید اجزای سوپرالloy را انقلابی کرده است. [۱] ترکیب باروت و ذوب الکترون-beam در حال حاضر اجازه می دهد تا ساخت نسبی قطعات که ممکن است برای ساخت یا ماشین آلات پردازش شده باشد، به عنوان قطعات خنک کننده La LayerH 18 استفاده می شود تا کانال های خنک کننده پیچیده در داخل اتاق های احتراق و نازل، کاهش بخش و حذف جوش نامطلوب برای مثال، [۳] موتور حرارتی، که در طول 7-2-2-2-2-2-2-2 نوار سرد کننده ضروری است، به طور عمومی از قطعات برش داده شده است.

پوشش های حرارتی و موانع محیطی

حتی بهترین سوپرکار نمی تواند شدیدترین محیط های احتراق را به طور نامحدود مقاومت کند. [۱] پوشش های حرارتی (TBCs) بر اساس zirconia (YSCr) به طور معمول دمای فلزی را تا ۱۵۰ ° C کاهش می دهد، در حالی که پوشش های ضد محیط زیست (EBCs) بر اساس سیلیکات های نادر محافظت در برابر خرابی های گرم است.[۱۰]

برنامه های کاربردی در فضا پرتاب وسایل نقلیه

سوپرکارها در سراسر سیستم های مختلف یک وسیله نقلیه پرتاب قرار می گیرند.بخش های زیر جزئیات استفاده های اولیه و مزایای حاصل از نوآوری های اخیر را نشان می دهند.

توربین های موتور و ماشین آلات Turbo-Machinery

در یک موتور شیب مایع، توربین توربوپump باید در ده ها هزار RPM بچرخد در حالی که توسط گازهای گرم و تا حدی گرد و غبار به دقت با تیغه های شدید سانتریفوژ و دمای بالا مواجه می شود - با استفاده از یک ابرخودروهای مبتنی بر نیکل (به عنوان مثال، René4، PWA 1480) برای مقاومت شدید مانند استفاده از یک ابر فلزی کنترل شده است.

اتاق های احتراق و آتش سوزی

محفظه احتراق بالاترین شار گرمای هر جزء را تجربه می کند. خطوط لوله اغلب از آلیاژهای مس برای هدایت حرارتی ساخته می شوند، اما دیوار گرم گاز نیاز به یک ژاکت ساختاری فوق العاده عملکردی یا خط لوله های لوله ای دارد، اتاق یک خط اطمینان داخلی مس با یک نازل ساختاری اضافی نیکل است.

محافظ حرارتی و حفاظت حرارتی

در حالی که بسیاری از سپرهای حرارتی مواد ضدعفونی کننده هستند، برخی از فضاپیماهای قابل استفاده نیاز به حفاظت حرارتی فلزی دارند.ک.ک.ک.ک و لبه های پیشرو بالدار از کربن کربن تقویت شده استفاده می کنند، اما نسل بعدی خودروهای بالدار مانند Dream Chaser در حال ارزیابی پانل های سوپرالکار با TBCs هستند.این پانل ها باید چندین چرخه های ورودی بدون تحریف بیش از حد یا سوپرکار مانند برنامه مقاومت مواد کلیدی در سیستم های تست H2 هستند.

چالش های فعلی و مرزهای تحقیقاتی

علی رغم دستاوردهای چشمگیر، چندین موانع باقی مانده است.هزینه یک مسئله مداوم است: ریفنیوم، ruthenium و tantalum گران هستند، و برخی از سوپرکارهای تخصصی می توانند بیش از 1000 دلار در هر کیلوگرم هزینه کنند - مقیاس تولید افزودنی همچنین با موانع کنترل کیفیت همراه است، به ویژه در مورد منافذ و میکروساختارها در عملکرد، با این حال ابرکار می تواند به طور طولانی مدت خود نزدیک شود (حتی می تواند به سرعت بالا باشد).

روش های مبتنی بر داده ها سرعت کشف سوپرکارهای جدید را افزایش می دهند.مدل های یادگیری ماشین که در پایگاه های بزرگ ترمودینامیک آموزش دیده اند و خواص مکانیکی می توانند ترکیبات امیدوار کننده را پیش بینی کنند قبل از آزمایش های گران قیمت. :Integrated Computational Materials Engineering (ICME) [FLT 1 چارچوب مورد استفاده توسط ناسا و شرکای صنعت برای شبیه سازی کل چرخه عمر از طریق کاهش قطعات دوچرخه سواری حرارتی - از طریق کاهش زمان ریخته گری.

آینده چشم انداز آینده

هدف تحقیقات مداوم افزایش دمای عملیاتی سوپرکارها توسط 50 تا 100 درجه سانتیگراد دیگر در حالی که کاهش هزینه و بهبود تکنیک های ساخت جدید، مانند جت اتصال و رسوب انرژی از پودرهای سوپرکار، تصفیه شده برای رسیدگی به قطعات بزرگتر و پیچیدگی زمین لرزه در همان زمان، استراتژی های بازیافت برای تلاش سوپرکار و تعمیر و نگهداری پایدار، اگر هدف اصلی از کار بازآفرینی فضا، بدون استفاده مجدد از نظر اقتصادی، ارزش ثابت بودن را ایجاد می کند، اگر ارزش های بزرگ بودن وجود دارد، به عنوان یک هدف اصلی برای بازسازی فضا را فراهم می کند.