Malzeme bilimi atılımları temel olarak, hassas uzay aracı tutum kontrolü için temel olan reaksiyon tekerleklerinin tasarımını ve performansını yeniden şekillendirmiştir. Gelişmiş kompozitleri ve yüksek performanslı alaşımları kullanarak, mühendisler şimdi daha dayanıklı ve termal olarak istikrarlı, uzun süre görev yaşamlarını ve yeni bilimsel ve ticari uzay aracı sınıflarını temin etmektedir.

Reaksiyon Tekerleklerinin Temelleri

İşletim Prensipleri

Rezmin tekerlekleri uzaysal momentumun korunmasıyla uzay aracı yönlendirmesini kontrol eder. Yüksek hızda bir rotorlu bir ivme depolar momentumu; spin oranını değiştirerek uzay aracının angular hızını Newton’un üçüncü yasasıyla değiştirir.Depresiflerden farklı olarak, reaksiyon tekerlekleri hassas, yakıtsız tavır ayarlamaları sağlar, onları uzun vadeli görevler için kritik hale getirir.

Rotorlar için malzeme Gereksinimleri

Rotor aşırı sentrifugal kuvvetlere, güneş ışığından gölgeye hızlı termal bisiklete ve dışlayıcı olmadan vakum altında ameliyata dayanmalıdır. Anahtar malzeme özellikleri yüksek spesifik sertlik, düşük yoğunluk, mükemmel yorgunluk direnci ve yüksek elastik bir limit kalıcı deformasyondan kaçınmak için yeterli olmalıdır.

Tarihsel Malzemeler ve Sınırlamalar

Geleneksel Metaller

Erken reaksiyon tekerlek rotorları, güç ve düşük maliyet nedeniyle çelik alaşımlardan yapılmıştır. ancak, çelik yüksek yoğunluk sınırlı ücret kapasitesi ve çevrim yüklemede yorgunluk için algılanabilirlik düşük maliyetlidir. alüminyum alaşımlar düşük kilo teklif etti, ancak yüksek spin hızlarında resonance sorunları yaşadı.

Erken Kompozitler

Cam-fiber-reinforced polimerler orta ağırlık tasarrufları sağladı ve yorgunluk davranışını geliştirdi, ancak modern malzemelerle kıyasla daha düşük, daha büyük miktardaki kütle inertia ve verimliliği azaltmak için kullanılan daha düşük güç ağırlığı oranı.

Kompozit Malzemeler

Karbon Fiber Betonlu Polimerler (CFRP)

Karbon fiber kompozitlerin benimsenmesi, yüksek güçlü çeliklerin dört katı kadarını sunmak için şimdi 3,500 MPa'yı, birincil yük yönünde maksimum sertlikte maksimum ağırlığın 4 katı sunuyor.

Otomatik fiber yerleştirme (AFP) ve reçine transfer kalıplama (RTM) gibi gelişmiş üretim teknikleri, uzay testlerinde tutarlı bir kalite sağlar.ETHFLT:0) NASA tarafından yapılan son bir çalışma, alüminyum eşdeğerlere kıyasla% 40 azaltımı göstermiştir).

Seramik Matrix Composites (CMC)

Aşırı termal ortamlarda çalışan rotorlar için, Güneş'in veya yüksek güven manevralarının sınırları gibi, karbon-fiber-reinforced silikon lik (C/SiC) kompozitler, hızlı ısıtıcı tekerlekler için ideal bir şekilde sağlar. CMC'ler, 1,600 °C'ye kadar sıcaklıkları korurlar, ayrıca metal veya polimerlerin sınırlarının ötesinde.

CMC rotorları üretmek daha pahalı olsa da, yüksek spin hızlarını doğrudan daha büyük tork kapasiteye çevirebilme yeteneği, daha hızlı tutum düzeltmelerine yol açma yeteneği giderek daha pahalı.

Yüksek performanslı Alaşımlar

Titanyum Alaşımlar

Titanyum-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3 gibi rotor merkezleri ve bileşenleri için bir iş olarak kalır.En başta çelik için 4,4 g /cm3 ve korozyon direncinin yüksek olduğu bir yoğunlukla, titanyum alaşımları genellikle hibrit tasarımlarda kullanılır: Ti-10V-2Fe-3Al gibi bir kompozit rim.

Nickel-Based Superalloys

Uzun süre yüksek sıcaklıklarda çalışmalı rotorlar için, İç rotorlu 718 ve René 41 gibi nikel bazlı süperalloylar, yakın kusurların üretimini ve şarj edilebilirliği azaltmaktadır.Bu malzemeler genellikle hızlı slewing yetenekleri gerektirir, iç rotor sıcaklıklarının 600°C'yi aşabilmesi için. Toz metalurji ve sıcak isostatik baskı (HIP) yakın yükleyici rotorlu rotorların üretimini sağlar.

Superalloy rotorlardan yararlanan bir görev örneği, [FONTD:0]James Webb Space Teleskobu[Döneticileri ile Inconel rotorları kullanan reaksiyon tekerlekleri, soğuk derin alanda yıllarca stabiliteyi işaret etmek için kullanır.

Üretim Yeniliği

Otomatik Fiber Placement (AFP)

AFP robotlar, daha önce imkansız olan karmaşık kompozit geometriler oluşturmak için karbon fiber tows atlar. Süreç, mikrokırıklama için tekrarlanan spin döngüleri altında% 1, kritik olan içeriği azaltır. AFP ayrıca yerel güçlendirme sağlar - genel kütle artışı olmadan ekstra katmanlar veya arayüzler sağlar.

Metal Rotorların Katkı İmalatı

Şu anda titanyum ve süperalloy rotorları, gücü korumak için kütleyi azaltan yapılar üreterek azaltın.Bu teknikler NASA'nın yeterlilik testlerinde tasarım topolojilerine izin verir, küçük uydular ve takımyıldızlar için özel rotorlar üretimine kapı açar.

Spacecraft Performansı Üzerine Etkisi

  • [0]Mass azaltımı[[[Dönetici tasarımlara göre% 30–50% göreceli, daha fazla toplu ücret yükü, yakıt veya ek cihazlar için izin verir.
  • [FONT:0)Ölmüş misyon yaşamı[Dönetici: gelişmiş yorgunluk direnci ve termal istikrar, reaksiyon tekerlekleri artık 15 yıl veya daha fazla, derin uzay görevleri için kritik bir şekilde çalışır.
  • [FONT:0) Yüksek tork yoğunluğu[[[Dönetici: gelişmiş malzemeler spin hızlarına 6.000 RPM'ye kadar hız verir, daha hızlı bir tekerlek çapı olmadan yanıt verir.
  • [FONT:0)Better termal yönetim[Dönetici 1): Özel iletkenlik ile kompozitler ısıyı hatta ısıtmış sıcak noktaları, yataklarında yağlanmış yağlanmış sıcak noktaları azaltır.
  • [FONT=0)Redükrasyon[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜŞÜN:0)Redüklenmiş titreşim[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ

Bu gelişmeler, afyonlardan (a.s) benzer rotorlara güvendiği görevlerde fark edilmiştir.[Döntgen: 2)Uluslararası Uzay İstasyonu[Dönemli 3 ), kontrol anı jiros (a. dış kaynak) benzer rotorlara güvenir.

Test ve Kazanılan Derece

Spin Test to Destruction

Her yeni rotor materyali ve tasarımı, vakum odalarında spin testleri geçirmiş olmalı, rotorlar güvenlik marjlarını doğrulamak için hıza patlamak için hızlandırılmış. Yüksek hızlı kameralar ve deformasyon ölçümleri, kompozitler için genellikle rim. Data'nın bu testlerden gelen hata modlarını geri almak için hıza kadar hıza ulaşır.

Termal Vakum Bisikleti

Rotorlar, düşük Dünya Orbit'ın sert ortamını simüle etmek için vakum altında yüzlerce döngüye maruz kalıyor. Ekstragassing oranları, herhangi bir uçucu bileşikin serbest bırakılmasının, bu yeterlilikleri geçen malzemelerle tam tepki tekerlek birimlerine monte edilmesini sağlamak için ölçülüyor.

Malzeme Biliminde Gelecek Yol

Nanoyapılı Kompozitler

Karbon nanotüpler ve grafikler, nanopartiküller üniformalı olarak, ancak pilot üretim hatlarının artık küçük uydular için aktif olduğunu gösteriyor.

Akıllı Malzeme

Avrupa Uzay Ajansı'ndaki araştırma ekipleri, dengesiz kuvvetlere karşı bir gerilim sinyali kullanan prototip akıllı rotorları test ediyor. Self-sensing rotorları da kesebilir - örneğin, mikrokracks - ve yıkıcı başarısızlıktan kaçınmak için spin hızını azaltır.

Kendi kendine özgü malzemeler

İyileştirici ajanlar içeren Microcapsules (örneğin, dicyclopentadiene) özellikle de rotorlu makinelerde servis edilen 80 adet sertleştirici, çatlakları 2027 için planlandığında.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Karbon fiber kompozitlerde malzeme bilimi atılımları, seramik matrisleri ve ileri alaşımlar reaksiyon tekerleği gelişimini azaltır ve yüksek performans sağlar, doğrudan nanoyapıtörün içine araştırmayı destekler, akıllı ve kendi kendine özgü malzemeler daha da zorlayarak, gelecekteki görevleri zorlamaya söz verir - derin uzay araştırmaları mega-konsasyonlarını azaltır - daha önce daha yetenekli ve güvenilir bir şekilde.