I. Повърхностни материали
Повечето структури тип пчелна пита, използвани в конструкцията на самолети, имат повърхностни материали от алуминий, фибростъкло, кевлар® или въглеродни влакна. Повърхностните панели от въглеродни влакна не могат да се използват с алуминиеви материали с пчелна пита, тъй като причиняват корозия на алуминия. Титанът и стоманата се използват за специални приложения във високотемпературни структури. Облицовъчните материали за много компоненти, като спойлери и органи за управление на полета, са много тънки, понякога само с 3 до 4 дебелини (което означава mm). Параметричните доклади показват, че тези облицовъчни плочи нямат добра устойчивост на удар.
Ⅱ. Основни материали
2.1 Ядро от пчелна пита
Всеки материал за сърцевина на пчелна пита може да има определени добри свойства. Както е показано на фигура 19, най-разпространеният материал за сърцевина, използван за конструкции тип пчелна пита на самолети, е арамидна хартия (Nomex® или Korex®). Стъклените влакна се използват за приложения с по-голяма якост.
Фигура 19: Материали за сърцевина от пчелна пита
-Крафт хартия - Нейната здравина е сравнително ниска, използва се в големи количества заради добрите си изолационни свойства и ниската цена.
-Термопласт - Неговата топлинна маса изолира добре, абсорбира добре или може да бъде пренастроена за ориентация, устойчивост на влага и химикали. Той е екологичен, естетически приятен и с относително ниска цена.
Алуминиева - оптимална якост, високо съотношение-към-тегло и поглъщане на енергия, добри свойства за пренос на топлина, свойства на електромагнитно екраниране, лесна обработка, относително ниска цена.
-Стомана-Добри свойства за пренос на топлина, свойства за електромагнитно екраниране и устойчивост на топлина.
-Специални метали (титан)-с относително висока якост, тегловно съотношение, добра производителност на топлообмен, химическа устойчивост и устойчивост на топлина при високи температури.
-Арамидна хартия- С огнеустойчивост, забавяне на горенето, добри изолационни свойства, ниски диелектрични свойства и лесно формоване.
-Стъклени влакна- Имат лесно срязване, ниска диелектрична способност, добра изолация и лесно формоване.
-Въглеродни влакна-поддържат стабилността на въглерода, висока температура, висока твърдост и много нисък коефициент на топлинно разширение, лесно се контролира топлопроводимостта, модулът на срязване е относително висок, но скъп.
-Керамика - Нейната устойчивост на висока температура е добра, има добра изолация и има много малка клетъчна структура, но е скъпа.
Ядрата тип пчелна пита за аерокосмически приложения обикновено са шестоъгълни. Тези сърцевини са направени от специално позиционирани свързани подредени тънки листове. Подредените листове се разтягат в шестоъгълна форма. Тези, които се простират в хоризонтална посока, се наричат посока на лента.
Дихотомичното шестоъгълно ядро има друг слой материал, нарязан напречно във всеки шестоъгълник. Дихроичната пчелна пита е по-твърда и по-здрава от шестоъгълната сърцевина. Свръхразтегнатата сърцевина се прави чрез разширяване на хартията, за да се създадат шестоъгълници. Преразтегнатите сърцевини имат правоъгълна сърцевина. Прекомерно разтегнатите сърцевини са гъвкави перпендикулярно на посоката на лентата, като се използват прости криви. Сърцевината с форма на камбана или извитата сърцевина има извит материал на сърцевината, който я прави гъвкава във всички посоки. Камбанообразните ядра се използват в посока на панели със сложни криви.
Сърцевините с пчелна пита се предлагат в различни размери на сърцевините. По-малките размери осигуряват по-добра здравина за здравина на сандвич панел. Ядрата на пчелната пита също се предлагат с различна плътност. Сърцевините с пчелна пита с по-висока плътност са по-твърди и по-здрави от сърцевините с по-ниска плътност. Както е показано на фигура 20.
Фигура 20: Ядро от пчелна пита
2.2 Пяна
Сърцевината от пяна се използва в жилищно строителство и леки самолети за осигуряване на опора и форма за върховете на крилата, контролите на полета, секциите на фюзелажа, крилата и ребрата на крилата. Сърцевината от пяна не се използва често в търговски самолети. Пяната обикновено е по-тежка и по-малко здрава от сърцевините с пчелна пита. Различни пяни, които могат да се използват като основен материал, включват:
-Полистирол (по-известен като полистиролова пяна)-Аерокосмическа полистиролова пяна с плътно затворена клетъчна клетъчна сърцевина без кухини между клетките; висока якост на натиск и добра устойчивост на проникване на вода; могат да се нарязват с гореща тел и да се правят във форми на крила.
-Фенол - Добра пожароустойчивост, може да има много ниска плътност, но механичните му свойства са относително ниски.
-Полиуретан - Използва се в производството на фюзелажи, краища на крилата и други извити части за малки самолети; относително евтино, устойчиво-на пламък и съвместимо с повечето лепила; полиуретановите пени не могат да се режат с гореща тел; лесен за контуриране с големи ножове и шлифовъчно оборудване.
-Полипропилен - Използва се за създаване на крилати форми; може да се реже с гореща тел; съвместим с повечето лепила и епоксидни смоли; не се използва с полиестерни смоли, разтворими в горива и разтворители.
-Поливинилхлорид (PVC) (Divinycell, Klegecell и Airex)-Това е затворена-клетъчна пяна със средна до висока плътност с висока якост на натиск, издръжливост и отлична пожароустойчивост; могат да бъдат формовани под вакуум в композитни форми и формовани чрез термоформоване; съвместим с полиестерни, винилестерни и епоксидни смоли.
-Поли(метакрилимид) (Rohacell) - затворена-клетъчна пяна за леки сандвич структури; отлични механични свойства, стабилен при високи температури, добра устойчивост на разтворители, изключителна устойчивост на натиск при пълзене; по-скъп от други видове пяна, но с превъзходни механични свойства.
III. Повреда при производство и употреба
3.1 Производствени дефекти
Производствените дефекти включват:
-Разслояване (разслояване)
-Области с дефицит на смола
-Зони с излишък от смола
-Блистери, мехурчета
-Бръчки
-Хралупи
-Термично разлагане
Производствените щети включват аномалии като порьозност, микро-пукнатини и разслояване, причинени от разлики в обработката. То също така включва такива въпроси като неволни срязвания по ръбовете, повърхностни вдлъбнатини и драскотини, повредени отвори за закопчалки и щети от удар. Примери за дефекти, възникващи по време на производствения процес, включват замърсени свързващи повърхности или включвания, като предварително импрегнирани облицовки или отделящи филми, които по невнимание остават между слоевете по време на процеса на поставяне. По време на сглобяването, транспортирането или манипулирането може да възникне неволна (не-обработка) повреда на детайлни части или компоненти.
Ако в дадена част се използва твърде много смола, тя може да е претоварена със смола, което не е непременно лошо за не-структурни приложения, но добавя тегло. Ако изтече твърде много смола по време на процеса на втвърдяване или ако не се нанесе достатъчно смола по време на процеса на мокрото полагане, се казва, че частта е с недостиг на смола. Лишените-смола зони се разкриват от повърхността на влакната. Съотношението влакна към смола от 60:40 се счита за оптимално.
Източниците на производствени дефекти включват:
-Неправилно втвърдяване или обработка
-Неправилна обработка
-Неправилно боравене
-Неправилно пробиване
-Капки от инструменти
-Замърсяване
-Неправилно смилане
-Неквалифицирани материали
-Неподходящи инструменти
-Проблеми с отворния вал или детайлите
В структурни конфигурации на композити повреда може да възникне в няколко слоя. Това варира от повреда на матрицата и влакната до повреда на счупени елементи и свързани или болтови приспособления. Степента на повреда контролира живота при повтарящо се натоварване и остатъчната якост и е от решаващо значение за толерантността на повреда.
3.2 Счупване на влакна
Счупването на влакна може да бъде критично, тъй като структурите обикновено са проектирани да бъдат-доминирани от влакна (т.е. влакната носят по-голямата част от натоварването). За щастие счупването на влакното обикновено е ограничено до зоната близо до точката на удара и е ограничено от размера и енергията на обекта на удара. Само няколко елемента,-свързани с услугата, от предишния модул може да доведат до значителна повреда на влакното.
3.3 Нестандартна матрица (нехомогенна клетка)
Дефектите на матрицата обикновено се появяват в интерфейса на матричното-влакно или в матрицата, успоредна на влакната. Тези дефекти леко влошават някои от свойствата на материала, но рядко имат критичен ефект върху структурата, освен ако деградацията на матрицата не е широко разпространена.
Натрупването на пукнатини в матрицата може да доведе до влошаване на свойствата,-доминирани от матрицата. За ламинати, проектирани да предават натоварвания с влакна (доминирани от влакна-), също се наблюдава само незначително влошаване на свойствата, когато матрицата е сериозно повредена. Напукването на матрицата или микронапукването може значително да влоши свойствата, зависещи от интерфейса на смолата или влакнеста -смола, като междупластово срязване и якост на натиск. Микропукнатините могат да имат много вреден ефект върху работата на смоли при висока температура. Дефектите на матрицата могат да се развият в разслоявания, по-тежък вид увреждане.
3.4 Разслояване и от-отлепване
Деламинацията се образува на границата между слоевете в ламинат. Деламинациите могат да се образуват от пукнатини на матрицата или ниско{1}}енергийни удари, които се простират от основата до междинния слой. Връзките могат също да се образуват от производствения процес по линията на свързване между два елемента и да започнат да се разслояват (разслояват) в съседни ламинати. При определени условия разслояването или свързването може да нарасне по време на многократно натоварване и може да доведе до катастрофални щети, когато ламинатът е натоварен. Критичността на разслояването или свързването зависи от:
-Размери.
-Брой разслоявания на дадено място.
-Местоположение - в дебелината на ламината, в структурата, близо до свободни ръбове, области на концентрация на напрежение, геометрични прекъсвания и др.
-Натоварвания - Поведението на разслояването и свързването зависи от вида на натоварването. Те имат малък ефект върху реакцията на опън ламинат. Въпреки това, при натоварване на натиск или срязване, под-слоевете в съседство с разслоени или обелени единици могат да се огънат и да доведат до механизми за преразпределение на натоварването, които могат да доведат до структурни повреди.
3.5 Комбинации от щети
Като цяло ударните събития могат да причинят различни щети. Ударите с висока -енергия от големи обекти (напр. турбинни перки) могат да доведат до фрагментиране на компонент или повреда на закрепването. Получената повреда може да включва значителна повреда на влакното, напукване на матрицата, разслояване, счупване на крепежни елементи и оголени компоненти. Повредата от ниско{6}}енергийни въздействия се контролира по-лесно, но може също да включва комбинация от счупване на влакна, напукване на матрицата и множество разслоявания.
3.6 Дефекти на отворите на крепежни елементи
По време на производствения процес може да се появят неправилно пробити отвори, лошо монтирани крепежни елементи и липсващи крепежни елементи. По време на обслужване може да възникне удължаване на отвора на детайла поради повтарящи се цикли на натоварване.
3.7 Дефекти в обслужването
Сервизните дефекти включват:
- Вреди за околната среда
- Щети от удар
- Умора
- Пукнатини, причинени от локализирани претоварвания
- Разлепване (залепване)
- Разслояване
- Разкъсване на влакна
- Корозия
Повечето сърцевини с форма на пчелна пита, като спойлери на крилата, обтекатели, органи за управление на полета и врати на колесника, имат много тънки повърхностни панели. Изпитвайки проблеми с издръжливостта, те могат да бъдат широко категоризирани в три групи: ниска устойчивост на удар, проникване на течности и ерозия (корозия). Тези структури имат достатъчна твърдост и здравина, но са по-малко устойчиви на сервизни среди, където части се пълзят, инструменти се изпускат и обслужващият персонал обикновено не осъзнава уязвимостта на сандвич компонентите с тънка-кожа. Повредите на тези компоненти, като смачкване на сърцевината, повреда от удар и разместване, обикновено се откриват лесно чрез визуална проверка поради тънките им повърхности. Въпреки това, понякога те биват пренебрегвани или повредени от обслужващия персонал, който не иска да забавя излитането на самолета или да привлече вниманието към инциденти, които биха могли да повлияят на тяхната ефективност. В резултат на това повредата понякога остава неконтролирана, което често води до увеличаване на повредата поради навлизане на течност в сърцевината. Нетрайните детайли на дизайна (напр. неправилно изрязани ръбове на пчелна пита) също могат да доведат до навлизане на течност.
Възстановяването поради проникване на течности в частта може да варира от течност до течност, най-често вода или хидравлична течност. Водата има тенденция да причинява допълнителни щети в ремонтираните части, освен ако цялата влага не бъде отстранена от частта. Повечето системи от възстановителни материали се втвърдяват при температури над точката на кипене на водата, което може да доведе до разцепване на повърхността на кожата-ядрото, което води до събиране на вода навсякъде. Поради тази причина изсушаването на сърцевината обикновено се извършва преди всяко възстановяване. Някои оператори предприемат допълнителната стъпка за изсушаване на повредени, но неремонтирани части в резервоар под високо-налягане, за да предотвратят евентуални допълнителни повреди по време на ремонта. Хидравличната течност е друг въпрос. След като сърцевината на сандвич панела е наситена, е почти невъзможно напълно да се отстрани хидравличната течност. Дори по време на процеса на втвърдяване, секцията ще продължи да изпуска течност, докато изтичащото замърсяване бъде напълно отстранено. Отстраняването на замърсената сърцевина от пчелна пита и лепилото е силно препоръчително като част от възстановяването. Както е показано на фигура 21
Фигура 21: Повреда на обтекателната сандвич структура на пчелна пита
Известно е, че композитите имат по-нисък ерозионен капацитет от алуминия, така че често се избягват за нанасяне върху повърхности на върха. Композитите обаче се използват в много сложни геометрии, но обикновено във връзка с приложения за корозионно покритие. Някои корозионни покрития не са идеални за устойчивост на абразия или поддръжка. Друг проблем, не толкова очевиден като първия, е ерозията на ръбовете на вратите или панелите, ако са изложени на въздушни течения. Тази ерозия може да се дължи на дизайн или монтаж (неправилен монтаж). От друга страна, металните конструкции в контакт с или в близост до тези композитни компоненти могат да покажат щети от корозия поради неправилен избор на алуминиеви сплави, корозивно увреждане на уплътнителя на металните компоненти по време на сглобяване или снаждане, недостатъчен уплътнител или липса на бариера от фибростъкло на интерфейса на греди, ребра и фитинги. Както е показано на фигура 22
Фигура 22: Повреда от корозия на върха на крилото (върха)
3.8 Корозия
Повечето части от фибростъкло и kevlar® имат отлична алуминиева мрежа за мълниезащита. Тази алуминиева мрежа често корозира около отворите за болтове или винтове. Корозията засяга електрическото свързване на панела и изисква отстраняване на алуминиевата мрежа и инсталиране на нова мрежа за възстановяване на електрическото свързване на панела. Както е показано на фигура 23
Фигура 23: Корозия на алуминиева мълниезащитна решетка
UV лъчите влияят на здравината на композитите. Композитните конструкции трябва да бъдат защитени от въздействието на ултравиолетовата светлина с горно покритие. Разработени са специални UV грундове и покрития за защита на композитите.