I. Virsmas materiāli
Lielākajai daļai gaisa kuģu konstrukcijā izmantoto šūnveida konstrukciju ir alumīnija, stiklšķiedras, kevlar® vai oglekļa šķiedras virsmas materiāli. Oglekļa šķiedras virsmas paneļus nevar izmantot ar alumīnija šūnveida serdes materiāliem, jo tas izraisa alumīnija koroziju. Titānu un tēraudu izmanto īpašiem lietojumiem augstas temperatūras konstrukcijās. Daudzu komponentu, piemēram, spoileri un lidojuma vadības ierīču, apdares materiāli ir ļoti plāni, dažreiz tikai 3 līdz 4 biezumā (kas nozīmē mm). Parametriskie ziņojumi liecina, ka šīm apšuvuma plāksnēm nav laba triecienizturība.
Ⅱ. Pamatmateriāli
2.1 Šūnveida kodols
Katram šūnveida serdes materiālam var būt noteiktas labas īpašības. Kā parādīts 19. attēlā, visizplatītākais materiāls, ko izmanto lidaparātu šūnveida konstrukcijām, ir aramīda papīrs (Nomex® vai Korex®). Stikla šķiedras tiek izmantotas lielākas stiprības lietojumiem.
19. attēls. Šūnveida serdes materiāli
-Kraftpapīrs - Tā stiprība ir salīdzinoši zema, to izmanto lielos daudzumos tā labo izolācijas īpašību un zemo izmaksu dēļ.
-Termoplasts - Tā termiskā masa labi izolē, labi uzsūcas vai to var atiestatīt, lai nodrošinātu orientāciju, mitruma un ķīmisko izturību. Tas ir videi draudzīgs, estētiski pievilcīgs un salīdzinoši zemas izmaksas.
Alumīnija - optimāla izturība, augsta svara-pret-svara attiecība un enerģijas absorbcija, labas siltuma pārneses īpašības, elektromagnētiskās ekranēšanas īpašības, vienkārša apstrāde, salīdzinoši zemas izmaksas.
-Tērauds-Labas siltuma pārneses īpašības, elektromagnētiskās ekranēšanas īpašības un karstumizturība.
-Speciāli metāli (titāns)-ar salīdzinoši augstu izturību, svara attiecību, labu siltuma pārnesi, ķīmisko izturību un karstumizturību pret augstām temperatūrām.
-Aramīda papīrs- Ugunsizturīgs, liesmas slāpētājs, labas izolācijas īpašības, zemas dielektriskās īpašības un viegla formēšana.
-Stikla šķiedra- Tai ir viegla bīde, zema dielektriskība, laba izolācija un viegla formēšana.
-Oglekļa šķiedra-saglabā oglekļa stabilitāti, augstu temperatūru, augstu stingrību un ļoti zemu siltuma izplešanās koeficientu, viegli kontrolējama siltumvadītspēja, bīdes modulis ir salīdzinoši augsts, bet dārgs.
-Keramika - Tā karstumizturība augstā temperatūrā ir laba, laba izolācija un ļoti maza šūnu struktūra, taču tā ir dārga.
Šūnveida serdeņi kosmosa lietojumiem parasti ir sešstūra formas. Šie serdeņi ir izgatavoti no īpaši novietotām, savienotām, sakrautām plānām loksnēm. Sakrautās loksnes ir izstieptas sešstūra formā. Tie, kas stiepjas horizontālā virzienā, tiek saukti par sloksnes virzienu.
Dihotomā sešstūra kodolā ir vēl viens materiāla slānis, kas{0}}izgriezts katrā sešstūrī. Dihroiskā šūnveida šūna ir cietāka un stiprāka nekā sešstūra kodols. Pārstieptu serdi izveido, paplašinot papīru, veidojot sešstūrus. Pārstieptiem serdeņiem ir taisnstūra serde. Pārstieptas serdes ir elastīgas perpendikulāri joslas virzienam, izmantojot vienkāršas līknes. Zvana -formas serdenim jeb izliektam serdenim ir izliekts serdes materiāls, kas padara to elastīgu visos virzienos. Zvana formas kodola serdeņi tiek izmantoti paneļu virzienā ar sarežģītām līknēm.
Šūnveida serdeņi ir pieejami dažādos serdeņu izmēros. Mazāki izmēri nodrošina labāku sendvičpaneļa stiprību. Šūnveida serdeņi arī ir dažāda blīvuma. Augstāka blīvuma šūnveida serdeņi ir stingrāki un stiprāki nekā zemāka blīvuma serdeņi. Kā parādīts 20. attēlā.
20. attēls. Šūnveida kodols
2.2 Putas
Putu kodols tiek izmantots dzīvojamo māju celtniecībā un vieglajās lidmašīnās, lai nodrošinātu atbalstu un formu spārnu galiem, lidojuma vadības ierīcēm, fizelāžas sekcijām, spārniem un spārnu ribām. Putu serdi komerciālajās lidmašīnās parasti neizmanto. Putas parasti ir smagākas un mazāk izturīgas nekā šūnveida serdeņi. Dažādas putas, ko var izmantot kā pamatmateriālu, ietver:
-Polistirols (plašāk pazīstams kā putupolistirols)-Aviācijas un kosmosa kvalitātes polistirola putas ar cieši noslēgtu šūnu šūnu kodola struktūru bez tukšumiem starp šūnām; augsta spiedes izturība un laba izturība pret ūdens iekļūšanu; var sagriezt ar karstu stiepli un veidot spārnu formas.
-Fenols - Laba ugunsizturība, var būt ļoti zems blīvums, taču tā mehāniskās īpašības ir salīdzinoši zemas.
-Poliuretāns - Izmanto fizelāžu, spārnu galu un citu izliektu daļu ražošanā maziem gaisa kuģiem; salīdzinoši lēts, liesmu-izturīgs un saderīgs ar lielāko daļu līmvielu; poliuretāna putas nevar sagriezt ar karstu stiepli; viegli veidojamas kontūras ar lieliem nažiem un slīpēšanas aprīkojumu.
-Polipropilēns - Izmanto spārnu formu veidošanai; var griezt ar karstu stiepli; saderīgs ar lielāko daļu adhezīvu un epoksīdsveķu; nav paredzēts lietošanai ar poliestera sveķiem, šķīst degvielā un šķīdinātājos.
-Polivinilhlorīds (PVH) (Divinycell, Klegecell un Airex)-Tās ir slēgtas-šūnu vidēja līdz augsta blīvuma putas ar augstu spiedes izturību, izturību un lielisku ugunsizturību; var vakuumā veidot kompozītmateriālu formās un formēt, izmantojot termoformēšanu; saderīgs ar poliestera, vinilestera un epoksīda sveķiem.
-Poli(metakrilimīds) (Rohacell) - slēgtu-šūnu putas vieglām sviestmaižu konstrukcijām; izcilas mehāniskās īpašības, stabils augstā temperatūrā, laba izturība pret šķīdinātājiem, izcila šļūdes saspiešanas izturība; dārgākas nekā cita veida putas, bet ar lieliskām mehāniskajām īpašībām.
III. Bojājumi ražošanā un lietošanā
3.1 Ražošanas defekti
Ražošanas defekti ietver:
-Atslāņošanās (atslāņošanās)
-Sveķu trūkuma vietas
-Pārmērīga sveķu zonas
-Pulsīši, burbuļi
-Gruntas
-Dobji
-Termiskā sadalīšanās
Ražošanas bojājumi ietver anomālijas, piemēram, porainību, mikro{0}}plaisāšanu un atslāņošanos, ko izraisa apstrādes atšķirības. Tas ietver arī tādas lietas kā netīši malu griezumi, virsmas izgriezumi un skrāpējumi, bojāti stiprinājumu caurumi un trieciena bojājumi. Ražošanas procesā radušos defektu piemēri ir piesārņotas savienojošās virsmas vai ieslēgumi, piemēram, prepreg starplikas vai atdalāmās plēves, kas nejauši tiek atstātas starp slāņiem klāšanas procesa laikā. Montāžas, transportēšanas vai apstrādes laikā var rasties nejauši (ne{4}}apstrādes) detaļu vai komponentu bojājumi.
Ja kādai daļai tiek izmantots pārāk daudz sveķu, tie var būt pārslogoti, kas ne vienmēr ir slikti ar -strukturāliem lietojumiem, taču tas palielina svaru. Ja cietēšanas procesā beidzas pārāk daudz sveķu vai ja slapjā ieklāšanas procesā netiek uzklāts pietiekami daudz sveķu, tiek uzskatīts, ka daļa ir sveķu badā. Sveķu -attīrītās vietas atklāj šķiedras virsma. Šķiedras un sveķu attiecība 60:40 tiek uzskatīta par optimālu.
Ražošanas defektu avoti ir:
-Nepareiza sacietēšana vai apstrāde
-Nepareiza apstrāde
-Nepareiza apstrāde
-Nepareiza urbšana
-Ierīču pilieni
-Piesārņojums
-Nepareiza slīpēšana
-Nekvalificēti materiāli
-Nepiemēroti rīki
-Urbuma vārpstas vai detaļu problēmas
Kompozītu konstrukcijas konfigurācijās bojājumi var rasties vairākos slāņos. Tas svārstās no matricas un šķiedru bojājumiem līdz salauztu elementu un savienotu vai pieskrūvētu stiprinājumu atteicēm. Bojājuma pakāpe kontrolē atkārtotas slodzes kalpošanas laiku un atlikušo izturību, un tas ir ļoti svarīgs, lai nodrošinātu toleranci pret bojājumiem.
3.2 Šķiedru pārrāvums
Šķiedru pārrāvums var būt kritisks, jo struktūras parasti ir veidotas tā, lai tajās dominētu šķiedra{0}} (t.i., šķiedras nes lielāko daļu slodzes). Par laimi, šķiedras pārrāvums parasti attiecas tikai uz vietu, kas atrodas tuvu trieciena punktam, un to ierobežo trieciena objekta izmērs un enerģija. Tikai daži ar pakalpojumu{5}}saistīti iepriekšējās vienības elementi var izraisīt plašus šķiedras bojājumus.
3.3. Nestandarta matrica (nehomogēna šūna)
Matricas defekti parasti rodas matricas{0}}šķiedras saskarnē vai matricā, kas ir paralēla šķiedrām. Šie defekti nedaudz pasliktina dažas materiāla īpašības, taču reti tiem ir kritiska ietekme uz struktūru, ja vien matricas degradācija nav plaši izplatīta.
Plaisu uzkrāšanās matricā var izraisīt matricas{0}}dominējošo īpašību pasliktināšanos. Laminātiem, kas paredzēti slodžu pārnešanai ar šķiedrām (dominē šķiedra-), arī tad, ja matrica ir nopietni bojāta, tiek novērota tikai neliela īpašību pasliktināšanās. Matricas plaisāšana vai mikroplaisāšana var ievērojami pasliktināt īpašības atkarībā no sveķu vai šķiedru-sveķu saskarnes, piemēram, starpslāņu bīdes un spiedes stiprības. Mikroplaisāšana var ļoti negatīvi ietekmēt augstas temperatūras sveķu darbību. Matricas defekti var izvērsties par atslāņošanos, kas ir smagāks bojājuma veids.
3.4. Atslāņošanās un atslāņošanās{1}}
Lamināta saskarnē starp slāņiem veidojas atslāņošanās. Atslāņošanos var veidot matricas plaisas vai zemas enerģijas ietekme, kas stiepjas no pamatnes līdz starpslānim. Saites var izveidot arī ražošanas procesā gar savienojuma līniju starp diviem elementiem un sākt atslāņoties (atslāņoties) blakus esošajos laminātos. Noteiktos apstākļos atslāņošanās vai saistīšanās var pieaugt atkārtotas iekraušanas laikā un var izraisīt katastrofālus bojājumus, kad lamināts tiek ielādēts. Atslāņošanās vai savienošanas kritiskums ir atkarīgs no:
-Izmēri.
-Atslāņošanās gadījumu skaits noteiktā vietā.
-Atrašanās vieta - lamināta biezumā, konstrukcijā, netālu no brīvajām malām, spriedzes koncentrācijas zonās, ģeometriskās neviendabības utt.
-Iekraušana - Atslāņošanās un līmēšanas darbība ir atkarīga no slodzes veida. Tiem ir maza ietekme uz stiepes lamināta reakciju. Tomēr spiedes vai bīdes slodzes gadījumā apakšslāņi, kas atrodas blakus atslāņotām vai nolobītām vienībām, var saspringt un izraisīt slodzes pārdales mehānismus, kas var izraisīt struktūras bojājumus.
3.5 Bojājumu kombinācijas
Parasti trieciena notikumi var izraisīt dažādus bojājumus. Liela-enerģijas ietekme no lieliem objektiem (piem., turbīnas lāpstiņām) var izraisīt komponentu sadrumstalotību vai stiprinājuma bojājumus. Iegūtie bojājumi var ietvert ievērojamu šķiedru bojājumu, matricas plaisāšanu, atslāņošanos, stiprinājuma plīsumus un detaļu noņemšanu. Bojājumus, kas radušies zemas-enerģijas ietekmes rezultātā, ir vieglāk kontrolēt, taču tie var ietvert arī šķiedru plīsumu, matricas plaisāšanu un vairāku atslāņošanos.
3.6 Stiprinājuma caurumu defekti
Ražošanas procesā var rasties nepareizi izurbti caurumi, slikti uzstādīti stiprinājumi un trūkstošo stiprinājumu. Servisa laikā var rasties gabala cauruma pagarināšanās atkārtotu iekraušanas ciklu dēļ.
3.7 Defekti ekspluatācijā
Pakalpojuma defekti ietver:
- Kaitējums videi
- Trieciena bojājumi
- Nogurums
- Plaisas, ko izraisa lokalizētas pārslodzes
- Atdalīšana (līmēšana)
- Atslāņošanās
- Šķiedras plīsums
- Korozija
Lielākajai daļai šūnveida serdes konstrukciju, piemēram, spārnu spoileri, apvalki, lidojuma vadības ierīces un šasijas durvis, ir ļoti plāni virsmas paneļi. Ja rodas izturības problēmas, tās var plaši iedalīt trīs grupās: zema triecienizturība, šķidruma iekļūšana un erozija (korozija). Šīm konstrukcijām ir atbilstoša stingrība un izturība, taču tās ir mazāk izturīgas pret servisa vidi, kurā tiek pārmeklētas daļas, nokrīt instrumenti un apkalpojošais personāls parasti neapzinās, cik ievainojami ir plāni-sviestmaižu komponenti. Šo komponentu bojājumi, piemēram, serdes saspiešana, trieciena bojājumi un izkustēšanās, parasti ir viegli pamanāmi vizuālā pārbaudē to plānās virsmas dēļ. Tomēr tos dažreiz neievēro vai sabojā apkalpojošais personāls, kurš nevēlas aizkavēt lidmašīnu izlidošanu vai pievērst uzmanību negadījumiem, kas varētu ietekmēt viņu darbības rādītājus. Rezultātā bojājumi dažkārt netiek pārbaudīti, bieži vien palielinot bojājumus šķidruma iekļūšanas kodolā dēļ. Neizturīgas dizaina detaļas (piemēram, nepareizi nogrieztas šūnveida serdes malas) var izraisīt arī šķidruma iekļūšanu.
Restaurācija sakarā ar šķidrumu nokļūšanu daļā var atšķirties atkarībā no šķidruma, visbiežāk ūdens vai hidrauliskā šķidruma. Ūdens mēdz radīt papildu bojājumus salabotajās daļās, ja vien no daļas netiek noņemts viss mitrums. Lielākā daļa restaurācijas materiālu sistēmu sacietē temperatūrā, kas pārsniedz ūdens viršanas temperatūru, kas var izraisīt atsaistīšanu ādas-kodola saskarnē, kā rezultātā ūdens saplūst visur. Šī iemesla dēļ serdes cikla žāvēšana parasti tiek veikta pirms jebkādas atjaunošanas. Daži operatori veic papildu darbību un žāvē bojātās, bet nesaremontētās daļas augstspiediena tvertnē{5}}, lai novērstu jebkādu papildu bojājumu rašanos remonta laikā. Hidrauliskais šķidrums ir cits jautājums. Kad sendvičpaneļa kodols ir piesātināts, ir gandrīz neiespējami pilnībā noņemt hidraulisko šķidrumu. Pat cietēšanas procesa laikā no sadaļas turpinās šķidruma noplūde, līdz noplūdes piesārņojums tiks pilnībā noņemts. Restaurācijas ietvaros ļoti ieteicams noņemt piesārņoto šūnveida serdi un līmi. Kā parādīts 21. attēlā
21. attēls: Radome šūnveida sendviča struktūras bojājumi
Ir zināms, ka kompozītmateriāliem ir mazāka erozijas spēja nekā alumīnijam, tāpēc tos bieži neizmanto uzgaļu virsmām. Tomēr kompozītmateriāli ir izmantoti ļoti sarežģītās ģeometrijās, bet parasti kopā ar korozijas pārklājumiem. Daži korozijas pārklājumi nav ideāli piemēroti nodilumizturībai vai apkopei. Vēl viena problēma, kas nav tik acīmredzama kā pirmā, ir durvju vai paneļu malu erozija, ja tās ir pakļautas gaisa straumēm. Šo eroziju var izraisīt projektēšana vai uzstādīšana (nepareiza uzstādīšana). No otras puses, uz metāla konstrukcijām, kas saskaras ar šīm kompozītmateriālu sastāvdaļām vai to tuvumā, var būt korozijas bojājumi, ko izraisa nepareiza alumīnija sakausējumu izvēle, metāla detaļu korozijas bojājumi montāžas vai savienošanas laikā, nepietiekams blīvējums vai stiklšķiedras barjeras trūkums siju, ribu un veidgabalu saskarnē. Kā parādīts 22. attēlā
22. attēls. Spārna gala (gala) korozijas bojājumi
3.8. Korozija
Lielākajai daļai stiklšķiedras un kevlar® detaļu ir lielisks alumīnija siets zibens aizsardzībai. Šī alumīnija sieta bieži korodē ap skrūvju vai skrūvju caurumiem. Korozija ietekmē paneļa elektrisko savienojumu, un, lai atjaunotu paneļa elektrisko savienojumu, ir nepieciešams noņemt alumīnija sietu un uzstādīt jaunu sietu. Kā parādīts 23. attēlā
23. attēls: Alumīnija zibensaizsardzības režģa korozija
UV stari ietekmē kompozītmateriālu izturību. Kompozītmateriālu konstrukcijas ir jāaizsargā no UV gaismas iedarbības ar virskārtu. Kompozītmateriālu aizsardzībai ir izstrādāti specializēti UV grunti un pārklājumi.