И. Површински материјали
Већина структура саћа које се користе у конструкцији авиона имају алуминијум, фиберглас, кевлар® или карбонска влакна. Површинске плоче од карбонских влакана не могу се користити са алуминијумским материјалима језгра у облику саћа јер изазивају корозију алуминијума. Титан и челик се користе за специјалне примене у високотемпературним структурама. Материјали за облагање многих компоненти, као што су спојлери и команде лета, су веома танки, понекад само 3 до 4 дебљине (што значи мм). Параметријски извештаји су показали да ове обложене плоче немају добру отпорност на удар.
Ⅱ. Основни материјали
2.1 Језгро саћа
Сваки материјал језгра саћа може имати одређена добра својства. Као што је приказано на слици 19, најчешћи материјал језгра који се користи за структуре саћа у авиону је арамидни папир (Номек® или Корек®). Стаклена влакна се користе за апликације веће чврстоће.
Слика 19: Материјали језгра саћа
-Крафт папир - Његова чврстоћа је релативно мала, користи се у великим количинама због добрих изолационих својстава и ниске цене.
-Термопластични - Његова топлотна маса добро изолује, добро упија или може да се ресетује ради оријентације, отпорности на влагу и хемикалије. Еколошки је компатибилан, естетски пријатан и релативно јефтин.
Алуминијум - оптимална чврстоћа, велики однос-на-тежински однос и апсорпција енергије, добра својства преноса топлоте, својства електромагнетне заштите, лака обрада, релативно ниска цена.
-Челик-Добра својства преноса топлоте, својства електромагнетне заштите и отпорност на топлоту.
-Специјални метали (титанијум)-са релативно високом чврстоћом, односом тежине, добрим перформансама преноса топлоте, хемијском отпорношћу и отпорношћу на топлоту на високе температуре.
-Арамидни папир- Са отпорношћу на ватру, отпорним на ватру, добрим изолационим својствима, ниским диелектричним својствима и лаким обликовањем.
-Стаклена влакна- Има лако смицање, ниску диелектричност, добру изолацију и лако обликовање.
-Угљенична влакна-одржавају стабилност угљеника, високу температуру, високу крутост и веома низак коефицијент топлотног ширења, лако се контролишу топлотну проводљивост, модул смицања је релативно висок, али скуп.
-Керамика - Његова отпорност на високе температуре је добра, добра изолација и има веома малу структуру ћелија, али је скупа.
Језгра у облику саћа за апликације у ваздухопловству су обично шестоугаона. Ова језгра су направљена од посебно позиционираних везаних наслаганих танких лимова. Наслагани листови су развучени у хексагонални облик. Они који се протежу у хоризонталном правцу називају се смером траке.
Дихотомно хексагонално језгро има још један слој материјала попречно-урезан у сваки шестоугао. Дихроично саће је тврђе и јаче од хексагоналног језгра. Превише растегнуто језгро се прави ширењем папира да би се створили шестоуглови. Превише растегнута језгра имају правоугаоно језгро. Превише растегнута језгра су флексибилна окомито на правац траке, користећи једноставне кривине. Звонасто-језгро, или закривљено језгро, има закривљени материјал језгра који га чини флексибилним у свим правцима. Звонасто{8}}језгра језгра се користе у правцу панела са сложеним кривинама.
Језгра у облику саћа су доступна у различитим величинама језгара. Мање величине пружају бољу чврстоћу за чврстоћу сендвич панела. Језгра саћа такође долазе у различитим густинама. Језгра у облику саћа веће густине су чвршћа и јача од језгара мање густине. Као што је приказано на слици 20.
Слика 20: Језгро саћа
2.2 Пена
Пенасто језгро се користи у стамбеној изградњи и лаким авионима да обезбеди подршку и облик за врхове крила, контроле лета, делове трупа, крила и ребра крила. Пенасто језгро се обично не користи у комерцијалним авионима. Пена је обично тежа и мање робусна од језгра саћа. Различите пене које се могу користити као основни материјал укључују:
-Полистирен (чешће познат као полистиренска пена)-Пена од полистирена за ваздухопловство са чврсто затвореном ћелијском структуром језгра без празнина између ћелија; висока чврстоћа на притисак и добра отпорност на продирање воде; може се исећи врућом жицом и направити у облику крила.
-Фенолни - Добра отпорност на ватру, може имати веома малу густину, али су му механичка својства релативно ниска.
-Полиуретан - Користи се у производњи трупа, врхова крила и других закривљених делова за мале авионе; релативно јефтин, отпоран на пламен-и компатибилан са већином лепкова; полиуретанске пене се не могу резати врућом жицом; лако се контуришу великим ножевима и опремом за брушење.
-Полипропилен - Користи се за прављење крилатих облика; може се резати врућом жицом; компатибилан са већином лепкова и епоксидних смола; није за употребу са полиестерским смолама, растворљивим у горивима и растварачима.
-Поливинилхлорид (ПВЦ) (Дивиницелл, Клегецелл и Аирек)-То је затворена-пена средње до високе густине са високом чврстоћом на компресију, издржљивошћу и одличном отпорношћу на ватру; могу се вакуумски формирати у композитне облике и обликовати помоћу термоформирања; компатибилан са полиестером, винил естром и епоксидним смолама.
-Поли(метакрилимид) (Рохацелл) - затворена-пена за лагане сендвич структуре; одлична механичка својства, стабилна на високим температурама, добра отпорност на раствараче, изванредна отпорност на компресију пузања; скупљи од других врста пена, али са врхунским механичким својствима.
ИИИ. Оштећења у производњи и употреби
3.1 Дефекти у производњи
Дефекти у производњи укључују:
-Деламинација (деламинација)
-Области недостатка смоле
-Области вишка смоле
-Пликови, мехурићи
-Боре
-Удубљења
-Термичко разлагање
Оштећења у производњи обухватају аномалије као што су порозност, микро{0}}пукотине и раслојавање узроковане разликама у машинској обради. То такође укључује ствари као што су ненамерне посекотине на ивицама, површинске удубљења и огреботине, оштећене рупе за причвршћиваче и оштећења од удара. Примери дефеката који се јављају током процеса производње укључују контаминиране површине за везивање или инклузије, као што су препрег улошци или отпуштајући филмови, који се нехотице остављају између слојева током процеса полагања. Може доћи до ненамерног (не-обрадом) оштећења делова или компоненти детаља током монтаже, транспорта или руковања.
Ако се у делу користи превише смоле, он може бити преоптерећен смолом, што није нужно лоше за не-примену, али додаје тежину. Ако превише смоле понестане током процеса очвршћавања, или ако се не нанесе довољно смоле током процеса влажног полагања, каже се да је део изгладњен од смоле. Површином влакана откривају се делови без смоле{3}}. Однос влакана и смоле од 60:40 сматра се оптималним.
Извори грешака у производњи укључују:
-Неправилно очвршћавање или обрада
-Неправилна обрада
-Неправилно руковање
-Неправилно бушење
-Капање алата
-Контаминација
-Неправилно млевење
-Неквалификовани материјали
-Неодговарајуће алатке
-Проблеми са осовином проврта или детаљима
У структурним конфигурацијама композита, оштећења могу настати у неколико слојева. Ово се креће од оштећења матрице и влакана до квара сломљених елемената и спојених или причвршћених прикључака. Степен оштећења контролише век трајања оптерећења и преосталу чврстоћу и кључан је за толеранцију оштећења.
3.2 Ломљење влакана
Ломљење влакана може бити критично јер су структуре обично пројектоване тако да доминирају влакна{0}}(тј. влакна носе највећи део оптерећења). Срећом, ломљење влакана је обично ограничено на подручје близу тачке удара и ограничено је величином и енергијом предмета удара. Само неколико елемената{5}}у вези са сервисом претходне јединице може довести до великог оштећења влакана.
3.3 Подстандардна матрица (нехомогена ћелија)
Дефекти матрице се обично јављају на интерфејсу матрице{0}}влакна или на матрици која је паралелна са влакнима. Ови недостаци благо деградирају нека својства материјала, али ретко имају критичан утицај на структуру осим ако је деградација матрице широко распрострањена.
Акумулација пукотина у матрици може довести до деградације својстава{0}}у којима доминира матрица. За ламинате дизајниране да преносе оптерећења са влакнима (у којима доминирају влакна-), само мала деградација својстава се такође примећује када је матрица озбиљно оштећена. Пукотине матрице или микропукотине могу значајно да деградирају својства зависна од интерфејса смоле или влакна{4}}смоле, као што су интерламинарни смицање и чврстоћа на компресију. Микрокрекање може имати веома штетан утицај на перформансе смола на високим температурама. Дефекти матрице могу се развити у деламинације, тежу врсту оштећења.
3.4 Деламинација и де-лепљење
Деламинација се формира на интерфејсу између слојева у ламинату. Деламинације могу бити формиране пукотинама матрице или нискоенергетским-ударцима који се протежу од основе до међуслоја. Везе се такође могу формирати процесом производње дуж линије везе између два елемента и почети да се раслојава (деламинира) у суседним ламинатима. Под одређеним условима, раслојавање или везивање може да порасте током поновљеног оптерећења и може довести до катастрофалног оштећења када се ламинат оптерети. Критичност раслојавања или везивања зависи од:
-Димензије.
-Број деламинација на датој локацији.
-Локација - у дебљини ламината, у структури, близу слободних ивица, области концентрације напона, геометријских дисконтинуитета итд.
-Оптерећења - Понашање раслојавања и везивања зависи од врсте оптерећења. Они имају мали утицај на одзив затезног ламината. Међутим, под оптерећењем на притисак или смицање, под-слојеви у близини раслојаних или ољуштених јединица могу се извијати и довести до механизама прерасподеле оптерећења који могу довести до оштећења структуре.
3.5 Комбинације штете
Генерално, догађаји удара могу изазвати разне штете. Висок-удари великих објеката (нпр. лопатица турбине) могу да доведу до фрагментације компоненте или квара причвршћивања. Резултирајућа штета може укључивати значајан квар влакана, пуцање матрице, раслојавање, ломљење причвршћивача и огољене компоненте. Оштећење услед ниско-енергетских утицаја је лакше контролисати, али може укључивати и комбинацију ломљења влакана, пуцања матрице и вишеструких деламинација.
3.6 Дефекти рупе за причвршћивање
У процесу производње могу се појавити неправилно избушене рупе, лоше постављени причвршћивачи и причвршћивачи који недостају. Током сервиса може доћи до издужења рупе у комаду услед поновљених циклуса пуњења.
3.7 Недостаци у служби
Недостаци услуге укључују:
- Штета по животну средину
- Штета од удара
- Умор
- Пукотине изазване локализованим преоптерећењима
- Одвајање (лепљење)
- Деламинација
- Пукнуће влакана
- Корозија
Већина структура у облику саћа, као што су спојлери на крилима, облоге, контроле лета и врата стајног трапа, имају врло танке површинске плоче. Имајући у виду проблеме са издржљивошћу, они се могу широко категорисати у три групе: ниска отпорност на удар, улазак течности и ерозија (корозија). Ове структуре имају адекватну крутост и снагу, али су мање отпорне на сервисна окружења где се делови превлаче, алати испадају, а сервисно особље обично не схвата рањивост компоненти сендвича са танком кожом{2}}. Оштећења ових компоненти, као што су пригњечење језгра, оштећење од ударца и померање, обично се лако откривају визуелном инспекцијом због њихових танких површина. Међутим, сервисно особље их понекад занемарује или оштећује које не жели да одлаже поласке авиона или да скрене пажњу на несреће које би могле утицати на њихов учинак. Као резултат тога, оштећења се понекад не контролишу, што често доводи до повећаног оштећења услед уласка течности у језгро. Неиздржљиви детаљи дизајна (нпр. неправилно исечене ивице језгра саћа) такође могу довести до уласка течности.
Рестаурација услед уласка течности у део може да варира од течности до течности, најчешће воде или хидрауличке течности. Вода има тенденцију да изазове додатна оштећења на поправљеним деловима осим ако се сва влага не уклони из дела. Већина система материјала за рестаурацију очвршћава на температурама изнад тачке кључања воде, што може довести до одвајања на интерфејсу језгра коже-, што доводи до накупљања воде свуда. Из тог разлога, циклус сушења језгра се обично изводи пре било какве рестаурације. Неки оператери предузимају додатни корак сушења оштећених, али непоправљених делова у резервоару под високим{5}}притиском како би спречили настанак додатних оштећења током поправке. Хидраулична течност је друга ствар. Једном када је језгро сендвич панела засићено, скоро је немогуће потпуно уклонити хидрауличну течност. Чак и током процеса очвршћавања, део ће наставити да цури течност све док се контаминација која цури потпуно не уклони. Уклањање контаминираног језгра саћа и лепка се веома препоручује као део рестаурације. Као што је приказано на слици 21
Слика 21: Оштећење сендвич структуре у облику саћа
Познато је да композити имају нижи ерозивни капацитет од алуминијума, тако да се често избегавају за наношење на врхове површине. Међутим, композити су коришћени у веома сложеним геометријама, али обично у комбинацији са применама премаза против корозије. Неки премази од корозије нису идеални за отпорност на хабање или одржавање. Други проблем, који није тако очигледан као први, је ерозија ивица врата или панела ако су изложена струјама ваздуха. Ова ерозија може бити последица дизајна или инсталације (неправилна инсталација). С друге стране, металне конструкције у контакту са или у близини ових композитних компоненти могу показати оштећење од корозије услед неправилног одабира легура алуминијума, оштећења од корозивног заптивача на металним компонентама током монтаже или спајања, недовољног заптивача или недостатка баријере од фибергласа на интерфејсу греда, ребара и фитинга. Као што је приказано на слици 22
Слика 22: Оштећење врха крила од корозије (врх)
3.8 Корозија
Већина делова од фибергласа и кевлар® имају одличну алуминијумску мрежу за заштиту од грома. Ова алуминијумска мрежа често кородира око рупа за вијке или завртње. Корозија утиче на електрично везивање панела и захтева уклањање алуминијумске мреже и уградњу нове мреже да би се обновило електрично повезивање панела. Као што је приказано на слици 23
Слика 23: Корозија алуминијумске громобранске мреже
УВ зраци утичу на чврстоћу композита. Композитне структуре треба заштитити од утицаја УВ светлости завршним премазом. За заштиту композита развијени су специјализовани УВ прајмери и премази.