SpaceX Grid Fins

Das ist doch mal ein faszinierendes Detailbild der Titan-Gridfins. Und man erkennt erst recht, wie riesig die Dinger sind.

[...]

Nachdem Mike Pence ULA und BO besucht hat, hat er auch mal bei SpaceX in den Hangar geschaut. Shotwell hat ihm wohl bissi was gezeigt.

Aha, hat er diesmal also keine "flight hardware" betatscht. 

Das ist doch mal ein faszinierendes Detailbild der Titan-Gridfins. Und man erkennt erst recht, wie riesig die Dinger sind.

Ich vermute, daß das Gesenkschmiedeteile sind. Aber sehr anspruchsvolle, das geht sicher nicht in einem Durchgang. (Sehr dünnwandig und "tief") Vermutlich sind etliche Schmiedematrizen nötig, und zwischen den einzelnen Schritten wohl auch jeweils eine längere Wärmebehandlung, damit sich die Materialstruktur wieder normalisiert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Gesenkschmieden

Aha, hat er diesmal also keine "flight hardware" betatscht. 

Vielleicht hat er "Flight Proven" Hardware betatscht. 

Zitat von: lngo am 21. Februar 2018, 22:51:59

Das ist doch mal ein faszinierendes Detailbild der Titan-Gridfins. Und man erkennt erst recht, wie riesig die Dinger sind.

Ich vermute, daß das Gesenkschmiedeteile sind. Aber sehr anspruchsvolle, das geht sicher nicht in einem Durchgang. (Sehr dünnwandig und "tief") Vermutlich sind etliche Schmiedematrizen nötig, und zwischen den einzelnen Schritten wohl auch jeweils eine längere Wärmebehandlung, damit sich die Materialstruktur wieder normalisiert.

https://de.wikipedia.org/wiki/Gesenkschmieden

Hallo Kelvin,
das Gesenkschmieden ist ein eher aufwändiger Prozeß, vor allem, für so feine und "stabile" Strukturen als Ganzes. Ich denke Schweißnähte im Vordergrund/Innern an den dünnwandigen Kreuzstrukturen zu erkennen. In diesem Fall wäre das WIG-Schweißen wahrscheinich als Fügetechnik verwendet worden. Lässt auch viel Raum für weitere einfache Designänderungen. Was den aufhängungsnahen Bereich der Gridfins angeht, hmm, da könnte ein geschmiedetes Teil sein. (Nach etwas Suche fand ich diese Bilder: https://images.raumfahrer.net/up061713.jpg

https://images.raumfahrer.net/up061714.jpg]   [url]https://images.raumfahrer.net/up061714.jpg[/url]


Viele Grüße

.. Ich denke Schweißnähte im Vordergrund/Innern an den dünnwandigen Kreuzstrukturen zu erkennen. In diesem Fall wäre das WIG-Schweißen wahrscheinich als Fügetechnik verwendet worden..

Ja, je weiter nach "außen" man kommt, desto mehr sieht es nach geschweißten Flachprofilen aus, hin zur Aufhängung aber eher nach Schmiedeteilen. Es muß aber einen Grund haben, daß E.M. betont, daß die Dinger sehr teuer sind. Vielleicht können sie die noch nicht selber herstellen. Materialkosten kommen natürlich auch dazu.

Teile in dieser Form werden gegossen. Dafür stellt man eine Positivform her mit welcher man die Gussformen aus Sand herstellt.

Ja, ich dahcte anfangs auch, das sie die Teile aus dem Vollen schmieden. Glaube aber jetzt, nach den vielen schönen Bildern aus der Nähe, das es eine Mischung aus Schweißen und Schmieden ist. Hier sieht man mehr
https://www.teslarati.com/spacex-used-falcon-heavy-booster-photo-gallery/
Alleine den oberen Teil zu schmieden dürfte sehr aufwändig sein sein, man darf ja nicht vergessen wie groß das Teil ist. Die Rippen unterhalb sind für mich auf alle Fälle gescheißt, Laser???
Das Ganze spannungsfrei hinzubekommen
Ist bekannt, ob das im Hause gemacht wird, ich kann es mir fast nicht vorstellen.
Die Sache ist halt auch die, es werden ja wohl kaum mehr als hundert Stück von den Teilen insgesamt mal produziert werden, wenn sie in 5 Jahren mit dem BFR daher kommen wollen. Mit Block 5 dürfte es kaum noch Verluste geben. Daher bei kleiner Serie der hohe Preis.

Ich kann keine Schweißnaht entdecken. Könntest du mal ein Detailbild posten oder auf einem der Bilder eine Schweißnaht markieren?
Im Gegenzug dafür sieht man deutlich dutzende von Anzeichen für das Gießen. Eine gegossene Seriennummer, die typisch Rauhe Oberfläche. Wären es Schweißnähte würde man dieses am Ende der Naht erkennen. Aber solche Zeichen gibt es hier nicht, das Material ist bis zum Rand absolut perfekt verrundet.

Ich kenne mich mit Titan-Guß nicht aus, aber allgemein ergibt Giessen eher bescheidene Materialeigenschaften. Um es etwas zu verbessern, macht man Schleuderguss. Aber das hier sind maximal beanspruchte Teile. Fahrwerksteile von Flugzeugen werden gesenkgeschmiedet, habe ich in dem Wikipedia Artikel gelesen. Ist für mich die gleiche Kategorie.

Ihr wisst schon das das Material Titan ist. 

Ganz ehrlich, ich hab eigentlich kaum Ahnung von Titan, ich weiß nur das es extrem schwer und langwierig zu bearbeiten ist.
Bei uns in der Fliegerei ist eine "ausgefotzte" Titanschraube immer die Hölle.
Du kannst sie nur mit einem Hochgeschwindigkeitschleifer ausbohren.

Haben wir einen Titanspezialisten mit an Bord?

https://images.raumfahrer.net/up061712.jpg

Für mich sieht das irgendwie geschweißt aus, also im Inneren der Quadrate?!?
Aber ja, im Grunde hast du recht, das schaut gegossen aus. Wäre der einfachste Weg.
Ja, ich glaube du hast recht. Die Marken an der Seite und die geringe Oberflächengüte...
Warum sollen die Dinger dann so teuer sein, hm, vermutlich haben sie viel Ausschuß 

Der Rotorkopf der Bo-105  ;wäre ein gutes Beispiel was Titan angeht.

Schade, daß SpaceX jetzt seine Block3-Erststufen wegwirft.
Sind die Merlins so billig, daß eine Aufarbeitung nicht lohnt ?
Oder können diese Merlins noch nicht für mehrere Einsätze zertifiziert werden ?
Obwohl ich mich an eine gebrauchte Erststufe erinnern kann, die mindestens 5mal in McGregor brannte, ohne große Wartung zwischendurch...

Die Gridfins sind mit sehr großer Wahrscheinlichkeit Gußteile. Die Anbieter für die Bearbeitung großer (über 1m Kantenlänge) Titanteile sind sehr übersichtlich. Da gibt es den russischen Konzern  Avisma–VSMPO, für die so etwas kein Problem ist, sie schmieden u.a. praktisch alle weltweit benötigten Fahrwerksbeine aus Titan. Dann gibt es in den USA TIMET, die zumindestens Gußteile in diesen Dimensionen herstellen können. Sie bieten dafür Vakuum - Induktionsschmelzen an, was die -relativ- filigranen Strukturen prinzipiell möglich macht. Der finanzielle Aufwand kommt dann aus der Herstellung der notwendigen Form, die muß ein Kunstwerk sein (für einen Werkzeugmacher wie mich sind die Werkzeuge interessanter als das Endprodukt  ). Es gibt noch andere Kandidaten (z.B. aus Japan), aber wenn es in den USA selber machbar ist, werden sie wohl darauf zurückgreifen.

OT-Frage: Bilde mir ein, irgendwo gelesen zu haben, das die Rohlinge der Einzelteile der Raumkapseln zumindestens von Boeing auch bei Avisma–VSMPO gekauft werden (wegen der Größe). Hat da jemend genauere Infos? Wenn ja, dann die weitere Diskussion bitte in den passenden Thread.

MfG Espe

Schade, daß SpaceX jetzt seine Block3-Erststufen wegwirft.
Sind die Merlins so billig, daß eine Aufarbeitung nicht lohnt ?
Oder können diese Merlins noch nicht für mehrere Einsätze zertifiziert werden ?
Obwohl ich mich an eine gebrauchte Erststufe erinnern kann, die mindestens 5mal in McGregor brannte, ohne große Wartung zwischendurch...

Die Block 5 steht kurz vor der Einführung. An der Rakete selbst und auch an den Merlins wird es viele Veränderungen geben. Mehr Schub, besserer Hitzeschutz, neue Landebeine, Verbesserungen um das Processing zu beschleunigen. Es war mal von über 100 Änderungen die Rede. Welche das im Detail sind, sagt SpaceX natürlich nicht. Wir können aber mal davon ausgehen, dass die Block3/4 Merlins nicht in Block5 Merlins umgebaut werden können und auch viele Teile der Rakete selbst (vor allem der Triebwerkssektion) dürften inkompatibel zu Block 5 sein.

Mane

Für mich sieht das irgendwie geschweißt aus, also im Inneren der Quadrate?!?
Aber ja, im Grunde hast du recht, das schaut gegossen aus. Wäre der einfachste Weg.
Ja, ich glaube du hast recht. Die Marken an der Seite und die geringe Oberflächengüte...
Warum sollen die Dinger dann so teuer sein, hm, vermutlich haben sie viel Ausschuß 

Werden die Titan-Gridfins nicht per 3D-Druck hergestellt ?

Flying with larger & significantly upgraded hypersonic grid fins. Single piece cast & cut titanium. Can take reentry heat with no shielding.

https://twitter.com/elonmusk/status/878821062326198272

Titan-Gridfins werden gegossen und dann mit der Fräse bearbeitet. Das dürfte ein teuerer und langwieriger Prozess sein. Sowas lohnt sich nur mit Wiederverwendung.

Zitat

Flying with larger & significantly upgraded hypersonic grid fins. Single piece cast & cut titanium. Can take reentry heat with no shielding.

https://twitter.com/elonmusk/status/878821062326198272

Titan-Gridfins werden gegossen und dann mit der Fräse bearbeitet. Das dürfte ein teuerer und langwieriger Prozess sein. Sowas lohnt sich nur mit Wiederverwendung.

Wobei sich jetzt die Frage stellt, ob die gesamte Struktur aus dem Ganzen gefeilt  worden ist, vergleichbar zur Herstellung der Wabenstrukturen an den Einzelteilen der Raumkapseldruckkörper oder ob EM hier nur von der notwendigerweise bearbeiteten Lagerstelle des Schwenk- und Haltebolzens spricht.
Auf den Detailbildern, die wir jetzt zu sehen bekommen, sind ja nur geflogene Gridfins zu erkennen, soll heißen man erkennt nicht mehr eventuell vom Spanen herrührende Bearbeitungsspuren.
Wenn das Teil in den Bildern vom Pence-Besuch allerdings ein Neuteil ist, würde ich auf die letztere Variante tippen.


Espe

Edit: Der Mann heißt natürlich Pence

Ich denke schon, dass die Struktur aus dem Ganzen geholt wurde. Das würde auch den Gußprozess ungemein vereinfachen. Alle ausgeschnittenen Bereiche werden dann anschließend wiedereingeschmolzen und können neu verwertet werden.
An einen Fräsprozess glaube ich aber nicht, zumal "cut" nicht "milled" ist und EM redete ja von "cut". Allerdings gut möglich, dass Elons Wortwahl da einfach nur unglücklich war.
Laserschneiden scheidet wohl aus, da zu großer thermischer Eintrag bei der Dicke. Was ich mir aber gut vorstellen könnte, wäre ein Drahterodierprozess, zumal dieser ebenfalls zu den Schneidprozessen zählt, sehr wenig Materialabfall verursacht und auch bei der Dicke noch problemlos verwendet werden kann.
Aber auch das relativ langsame serielle Ausschneiden aller Aussparungen mittels Drahterosion kostet Zeit und das wiederum Geld.

Allerdings führt Drahterodieren zu sehr scharfen Ecken und die sehe ich auf folgender Aufnahme leider nicht (da sind definitiv Rundungen in den Ecken der Aussparungen zu erkennen, was allerdings auch mit Draht gezielt so eingestellt werden kann, wenn erwünscht).

Naja, vielleicht erfährt man ja in Zukunft einmal, wie SpaceX die Gridfins herstellt/herstellen lässt.


Quelle: Teslarati

Die Gridfin wurde in einer Form gegossen, damit ist sie schon nahe an einer finalen Form dran. Dann noch ein bischen was wegfräsen und fertig.

Die Gridfin wurde in einer Form gegossen, damit ist sie schon nahe an einer finalen Form dran. Dann noch ein bischen was wegfräsen und fertig.

Dank des Teslarati-Fotos (Danke Doc Hoschi) ist das wohl die Vorgehensweise. Man erkennt die Gußspuren an der Seitenfläche und auch die Aussparungen zeigen das typische Bild eines Sandformgusses. Die Höhe des Teiles bzw. die leicht geschwungene Form wurde dann durch Fräsen endbearbeitet.
Allerdings frage ich mich jetzt, wo die hohen Kosten herkommen? Haben sie beim Gußprozess soviel Ausschuß (was bei so einem filigranen Teil im Sandformguss nicht verwunderlich wäre). Oder ist es eben doch nicht nur "simpler" Formguß. Keine Ahnung, welche Anforderungen bei Titan an die Gußform gestellt werden. Das Formmodell für die Herstellung allgemein üblicher Sandformen für so eine Gridfin ist bei dieser Form nicht wirklich teuer. Und die mechanische Nachbearbeitung ist zum größten Teil auch nur Kosmetik (Grübel?).

Oder ist die Formulierung des Tweets wieder mal typisches Eon-Sprech? Und das Teil ist einfach nur im Vergleich zu einer Alu-Fin teurer, was auf Grund des Materiales ja nun nicht so verwunderlich ist? Und EM hat beim Unterschreiben der Rechnung für die neuen Teile einfach nur der Schlag getroffen ?
Die Antworten werden wir wohl nie erfahren!

Espe

Danke tobi,

Zitat von: tobi am 23. Februar 2018, 09:58:40

Zitat

Flying with larger & significantly upgraded hypersonic grid fins. Single piece cast & cut titanium. Can take reentry heat with no shielding.

https://twitter.com/elonmusk/status/878821062326198272

Titan-Gridfins werden gegossen und dann mit der Fräse bearbeitet. Das dürfte ein teuerer und langwieriger Prozess sein. Sowas lohnt sich nur mit Wiederverwendung.

Das erklärt doch einiges. EM hat natürlich recht! Praktisch eine Einzelstückanfertigung, die wird dann sicherlich außer Haus gemacht.

Bei dem o.g. Tweet find ich außerdem die Aussage "...can take reentry, with no shielding..." interessant. Dazu habe ich die Seite mit folgendem Bild gefunden:


http://www.temasek-labs.nus.edu.sg/program/program_aeroexperimental_highlight6.php   

Darin wird gezeigt, das mit Änderung der Finn-Geometrie eine Erhöhung des Luftdurchlasses möglich ist. Das wird SpaceX optimiert haben.
Nach meiner Einschätzung ist durch diese besondere Geometrie der Ti-fins beim Eintritt in die Atmosphäre ein geringerer Wärmeeintrag auf das ganze Bauteil die Folge, denn es gibt keine flächige (an allen Gitterkanten) sondern eher punktuelle Aufheizung (an den Gitterkreuzen?), die durch die höhere Luftdurchlässigkeit wiederum effektiver abgegeben werden kann.
Nun sorgen die geringe Wärmeleitfähigkeit des Titans und die höhere Festigkeit bei höherer Temperatur dafür, dass weniger Wärme in das Bauteil eindringen kann.
Wäre es also auch aus diesem Grund positiv, dass "das Teil" in einem Stück (mit Gitterstruktur) gegossen wird. Die Gitterkreuze (Spitzen) könnten dann am besten die Temperatur abführen (nach außen), wenn diese durchgängig gleiche Eigenschaften besitzen, also keinerlei Schweißnähte aufweisen. Quasi als Barriere wirken. Ufff.

Ja, ich verstehe Elon, dass er die nicht verlieren wollte. Schönes Stücks Handwerkskunst.

Jetzt frage ich mich allerdings, wieviele haben sie davon? Und bekommen Sie das Mehrgewicht der Ti-fins gegenüber den Al-fins an anderer Stelle eingespart?

@efrozen: Ich denke SpaceX wollen die Fins gern einer näheren Betrachtung unterziehen und sowohl Herstellung (x4-5?) als auch Ausgangsmaterial (6x und mehr bei Legierungen) sind deutlich teuerer.

Ich bleibe dabei, da wurde meiner Meinung nach nichts gefräst, auch nicht in Nacharbeit.
Nachfolgende Gridfins wurden übrigens via Wasserstrahlschneiden strukturiert (interessant ist dabei aufgrund der Größe eher die rechte Darstellung). Dachte zwar, die SpaceX-Gridfins wären zu dick für diese Technik, aber so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr.


Quelle: Ormond LLC

@Healing: Es ist allerdings auch nicht auszuschließen, dass der Hauptgrund für die Biegung der Gridfins lediglich deren Anpassung an die (runde) Stufenform sein könnte. Eben einhergehend mit diesem positiven Nebeneffekt...:-)
Die Zacken/Wellen auf der Rückseite haben hingegen eindeutig aeriodynamische Gründe.

Ich bleibe dabei, da wurde meiner Meinung nach nichts gefräst, auch nicht in Nacharbeit.
Nachfolgende Gridfins wurden übrigens via Wasserstrahlschneiden strukturiert (interessant ist dabei aufgrund der Größe eher die rechte Darstellung). Dachte zwar, die SpaceX-Gridfins wären zu dick für diese Technik, aber so sicher bin ich mir jetzt nicht mehr.

@Healing: Es ist allerdings auch nicht auszuschließen, dass der Hauptgrund für die Biegung der Gridfins lediglich deren Anpassung an die (runde) Stufenform sein könnte. Eben einhergehend mit diesem positiven Nebeneffekt...:-)
Die Zacken/Wellen auf der Rückseite haben hingegen eindeutig aeriodynamische Gründe.

Ehrlich gesagt, habe ich auch überlegt, ob die Gitterstruktur nicht durch Wasserstrahlschneiden möglich ist. Und ich denke möglich ist es, vor allem mit neuen Verfahren (schnellerer und angepasster Strahlführung). Ich habe auch Hersteller gefunden, die sowas können sollten, auch aus Deutschland. Die genaue Kostenkalkulation ist aber ohne weitere Parameter wie Materialeinsatz und KnowHow-faktor schwer einzuschätzen. das ist eben schon ein weites Feld.

Ich für meinen Teil, würde das stabilere Bauteil mit dünneren Stegen bevorzugen, das länger hält. Welche Fertigungstechnik da zum Einsatz kommt, müsste man nachprüfen. Aus einem homogenen Schmiedeteil die passende Geometrie herauszuschneiden ist dabei genauso gut vorstellbar wie aus einem bereits filigranen Quasifertigguss, durch Wärmebehandlung und Nachbearbeitung, eine zähe Gridfin zu erzeugen. Was wieviel kostet? Tja, eins ist sicher, beides wird nicht billig.

Mich würde es freuen, wenn SpaceX herausfindet, dass sie mit höherer Stabilität der Titangridfins im Endeffekt weniger Masse benötigen, die Ti-Gridfins ähnlich oder besser als die Al-Gridfins arbeiten und die Wiederverwendung dieser kostengünstiger ist bzw. überhaupt kostengünstig wird. Ich glaube ja, sie haben erstmal nur zwei, die getestet werden. Eben weil sie nicht mal eben gegossen oder geschweißt werden können. Bin gespannt auf den Hispasat-Start.