Titāna sakausējumi arvien vairāk kļūst par astronomisko teleskopu pamata atbalsta konstrukciju izvēles materiālu. - Jaunumi

Materiālu izvēle lielas-atvēruma spoguļu atbalsta konstrukcijām tiek mainīta no Invar un C-SiC uztitāna sakausējumi. Pateicoties ārkārtīgi zemajām deformācijas īpašībām, titāna sakausējumi kļūst par šo konstrukciju izvēlēto materiālu.

Kāpēc titāna sakausējums? Aizmirsta galvenā metrika
Tā kā astronomisko teleskopu atveres kļūst arvien lielākas, prasības virsmas figūras precizitātei ir pretrunā fiziskajām robežām. Kosmosa-gravitācijas viļņu teleskopa primārajam spogulim nepieciešamā virsmas precizitāte ir RMS Mazāka vai vienāda ar λ/50-, kas nozīmē, ka virsmas novirzes jākontrolē nedaudz vairāk par desmit nanometriem. Šajā mērogā pat mazākā izmēru novirze atbalsta struktūrā tiek palielināta līdz attēla kropļojumam. Izvēloties materiālus šādām konstrukcijām, tradicionālā prakse koncentrējas uz blīvumu, Janga moduli un termiskās izplešanās koeficientu. Tomēr šajā konkrētajā kontekstā tiek izmantota fundamentālāka metrika: mikro-ienesīgums. Lai gan standarta tecēšanas robeža apraksta spriegumu, pie kura materiālam tiek veikta ievērojama plastiskā deformācija, mikro-teces izturība mēra spriegumu, ko materiāls var izturēt, piedzīvojot tikai atlikušo spriedzi aptuveni viena miljonā daļa. Materiālu skrīnings, ko veica Batelles memoriālais institūts NASA Godāras kosmosa lidojumu centram, atklāja, ka starp daudziem kandidātiem 5. klases (GR5) titāna sakausējums piedāvā visaugstāko mikro-ieguves stipruma attiecību pret blīvumu, un mikroieguves stiprums ir aptuveni 480 N × 10⁶ m². Atbalsta konstrukcijām ilgstoši jāiztur spoguļa konstrukcijas svars; ja materiāls tiek pakļauts nepārtrauktai, neatgriezeniskai plastmasas šļūdei mikroskopiskā līmenī, spoguļa virsmas figūra lēnām "dreifēs". Teleskopam, kas paredzēts stabilai darbībai vairākus gadus, šāda novirze ir daudz kaitīgāka nekā momentāna deformācija. Galu galā titāna sakausējuma vērtība ir tā spēja saglabāt izmēru stabilitāti visā tā kalpošanas laikā.

Termiskie darbības apstākļi: CTE atbilstība ir tikai sākuma punkts
Spoguļa atbalsta dizaina galvenais izaicinājums ir precīzas virsmas figūras saglabāšana dažādos termiskajos apstākļos. 5. pakāpes (GR5) titāna sakausējuma termiskās izplešanās koeficients (CTE) ir aptuveni 9,1 × 10⁻⁶ K⁻¹, blīvums 4,4 g/cm³ un elastības modulis aptuveni 109 GPa. Salīdzinot ar Invar vai oglekļa/silīcija karbīda kompozītmateriāliem, GR5 CTE nav īpaši zems. Tomēr inženiertehnisko materiālu atlase nekad nav sacensības, kuru pamatā ir viena metrika. Φ500 mm stikla{12}}keramikas primārā spoguļa centrālā atbalsta konstrukcijā gan bukse, gan atbalsta uzmava ir izgatavoti no titāna sakausējuma ar elastīgu lipīgu slāni, kas savieno spoguļa korpusu ar atbalsta konstrukciju. Simulācijas liecina, ka pie vienmērīgas temperatūras maiņas 40 grādi virsmas skaitļa precizitāte (RMS) saglabājas 4,2 nm robežās un mezgla pamatfrekvence pārsniedz 53 Hz. Līmējošajam slānim šeit ir galvenā loma: tas samazina spoguļa paša svara slodzi, vienlaikus absorbējot termisko spriegumu, ko izraisa CTE neatbilstība starp titāna sakausējumu un stikla keramiku. GR5 titāna sakausējuma vērtība nav “optimālā” CTE, bet gan tajā, ka tas ļauj -ar racionālu saskarnes dizainu- kontrolēt termisko spriegumu pieņemamās robežās, vienlaikus nodrošinot pietiekamu konstrukcijas stingrību. Tā ir sistēmas{24}līmeņa inženierijas pieeja, nevis vienkārša materiāla aizstāšana.

Divas konfigurācijas: elastīgās eņģes un integrētās režģa konstrukcijas
Runājot par specifisku konstrukcijas dizainu, titāna sakausējumi tiek izmantoti spoguļu atbalsta sistēmās vairāk nekā vienā formā ar dažādām konstrukcijas konfigurācijām, kas atspoguļo atšķirīgas dizaina filozofijas. Elastīgas eņģes-izmantojot elastību, lai pārvarētu stingrību. Ķīnas Zinātņu akadēmijas Naņdzjinas Astronomiskās optikas un tehnoloģiju institūta (NIAOT) vadītajā 1,93{4}}metru precizitātes mērīšanas teleskopa projektā pētnieku grupa nomainīja tradicionālos pašregulējošos Šī modifikācija samazināja aksiālo parazītisko spēku uz primāro spoguli no 60 N līdz 2,5 N. Kad sānu balsts bija pilnībā darbojies, primārais spogulis sasniedza virsmas skaitļa precizitāti 4,15 nm RMS un 24 nm PV, kas konsekventi atbilst projektēšanas prasībām, kas ir mazākas par vai vienādas ar λ/35 grādi {{02 līdz 5 grādi plašā temperatūras diapazonā no 3 grādiem 3 °. Titāna sakausējumu augstās tecēšanas robežas un salīdzinoši zemā elastības moduļa kombinācija ļauj lieces eņģēm sasniegt precīzu pozicionēšanu elastības diapazonā, neradot berzi vai atstarpes. Integrētas režģa{28}}un-apvalka struktūras-samazina svaru, izmantojot dobu dizainu. Tā ir viena no pēdējo gadu revolucionārākajām pieejām. Ķīnas Kosmosa tehnoloģiju akadēmijas (CAST) 508. institūts sadarbojās ar Šanhajas Dzjao Tongas universitāti projektā, kas ietver lielu -konsoles kosmosa spoguli kosmosa tālvadības sensoram. Viņi izmantoja topoloģijas optimizāciju, lai noteiktu makrokonfigurāciju, izmantojot ķermeņa centrālo kubisko (BCC) režģi iekšējai struktūrai un ārējo apvalku korpusam. Iegūtā atbalsta konstrukcija svēra tikai 6,5 kg, saglabājot spoguļa komplekta kopējo masu zem 16,5 kg. Testa rezultāti uzrādīja spoguļa rotāciju, kas ir mazāka par 6 loka sekundēm, un stingrā korpusa nobīde bija mazāka par 0,02 mm – abas ir optiskās izlīdzināšanas kļūdu pielaides robežās.

Kopsavilkums
Sākot no mikro-izturības un lieces eņģēm līdz 3D-apdrukātām režģu konstrukcijām, titāna sakausējumu vērtība lielās-atvēruma spoguļu atbalsta sistēmās sniedzas daudz tālāk par vienkāršu materiālu aizstāšanu. Tas, ko tie patiešām nodrošina, ir inženiertehniskā iespēja sasniegt nanometru-līmeņa virsmas figūras precizitāti apstākļos, kas saistīti ar plašu temperatūras diapazonu un ilgstošu darbību. Titāna nozarei panākumi šajā jomā ir atkarīgi nevis no ražošanas jaudas, bet gan no spējas pārvērst materiāla īpašības konstrukcijas dizaina risinājumos.

Gr7 Titanium-Pd alloy Forged Ring factory Grade 9 Titanium alloy forged bar in stock