Notkun samsettra honeycomb samlokumannvirkja í borgaralegum flugvélum

Ágrip:Samsettar honeycomb samlokubyggingar eru notaðar í miklum fjölda forrita á sviði borgaralegra flugvéla, sem einkennast af miklum styrk, mikilli sérstífleika, lágum þéttleika, góðum þjöppunar- og sveigjueiginleikum osfrv. Notkunarhlutarnir innihalda skrokk, vélarhlíf, klæðningu, lúgu, loftnetshlíf, frambrún og svo framvegis. Mikill fjöldi notkunar á honeycomb samlokubyggingu dregur verulega úr þyngd flugvélabyggingar. Með framvindu mótunarferlisins og endurbótum á efniseiginleikum er honeycomb samlokubygging smám saman beitt á gólfið og önnur helstu burðarvirki. Þessi grein greinir í fyrsta lagi rannsóknarframfarir og þróunarferli honeycomb samlokumannvirkja. Í öðru lagi leysir það notkun hunangssamlokumannvirkja á dæmigerða flugvélaíhluti. Að lokum kynnir það núverandi stöðu beitingar á honeycomb samlokubyggingu á gólfi borgaralegra flugvéla.

001 Inngangur

Með félagslegri-hagfræðilegri þróun eru tvö verkefni sem standa frammi fyrir flutningum, sérstaklega flugsamgöngum: heildarþyngdarminnkun mannvirkja og spurningin um ávinning sem tengist beint þyngdarminnkun - minnkun eldsneytisnotkunar. Byggingarþyngd og eldsneytisnotkun eru sérstaklega mikilvæg á sviði flugs. Eins og er, eru hunangsseimur samlokubyggingar mikið notaðar í skrokkum, lúgum, vængi, skott, gólf, hlífar og loftnetshlíf í flugiðnaðinum. Honeycomb samlokubyggingar bjóða upp á gott styrk-til-þyngdarhlutfalls. Samanborið við samsett skinn standa þau sig betur undir hliðar- og beygjuálagi vegna byggingarformsins, sem samanstendur af þykkum, léttum kjarna umkringdur tveimur þunnum, stífum lögum.

Mikill fjöldi notkunar samlokumannvirkja með honeycomb hefur dregið verulega úr þyngd flugvirkja, þökk sé góðum þjöppunar- og sveigjueiginleikum þeirra, svo mikið að honeycomb samlokumannvirki eru smám saman að færast í átt að helstu burðarvirkjum eins og gólfum. Innihald þessarar greinar er aðallega skipt í þrjá hluta: Í fyrsta lagi greinir það rannsóknarframvindu og þróunarferli honeycomb samlokubyggingar; Í öðru lagi sameinar það beitingu hunangsseimusamlokubyggingar á dæmigerðum flugvélaíhlutum við þær gerðir sem nú eru notaðar; að lokum, það kynnir núverandi stöðu beitingu honeycomb samloku uppbyggingu á gólfum borgaralegra flugvéla.

002 Honeycomb Sandwich Structure

Honeycomb samlokubyggingin, sem fyrst er upprunnin í líffræði, einkennist af miklum sérstyrk, mikilli sérstífleika og léttri þyngd samanborið við sömu tegund af föstu efni og hefur því verið mikið notað í flugi, flutningum og öðrum sviðum. Samsett honeycomb samlokubyggingin getur á áhrifaríkan hátt bætt beygjustífleika og aukið getu til að standast beygjustundir og þrýsting með mjög lítilli þyngdaraukningu, sem gerir það að betri léttri uppbyggingu fyrir flug.

Samsett honeycomb samlokubygging samanstendur af þremur hlutum: spjöldum, honeycomb kjarna og lím.

(1) Panel. Spjaldið er aðalbyrðis-hluti samlokubyggingarinnar. Í samanburði við kjarnaefnið einkennist spjaldið af miklum þéttleika, miklum stuðli og miklum styrk. Samsett spjaldefni er venjulega ál, títan, glertrefjastyrkt plast og önnur efni. Flest einátta borði eða efnissamsetning úr koltrefjum eða glertrefjum er nú notuð í geimbyggingum.

(2) Honeycomb kjarni. Frammistaða honeycomb samlokubyggingar og rúmfræði honeycomb tengjast efni honeycomb kjarna. Almennt eru honeycomb kjarna fáanlegir sem ál honeycomb kjarni, aramid honeycomb kjarni, trefjagler hunangsseimur kjarni, osfrv í samræmi við efni. Aramid honeycomb er skipt í meta-aramid honeycomb og para-aramid honeycomb. Meso-aramíð hunangsseimur er meta-aramíð sem fæst með fjölþéttingu milliflata eða lág-hitalausnarfjölþéttingu m-tólúendíkarbónýlklóríðs (MDCL) og m-fenýlendíamíns (MPA). Algengasta á markaðnum er meta-aramíðið sem DuPont fann fyrst upp og tók í notkun á sjöunda áratugnum. Para-aramid hunangsseimur er p-fenýlendíamín og p-fenýlendíkarbónýlklóríð fjölþétting til að fá para-aramíð, vöruheiti Kevlar. Núverandi aramid honeycomb kjarni er aðallega meta-aramid og rannsóknir á para-aramid eru mjög litlar. Helstu notkunarlíkönin eru sýnd í töflu 1. Aramid pappír hunangsseimur (NOMEX honeycomb) er úr aramíð pappír vætt með fenól plastefni. Samanborið við ál honeycomb er aramid honeycomb mun ónæmari fyrir staðbundnum óstöðugleika vegna þess að honeycomb fruman í aramid honeycomb er þykkari en ál honeycomb. Undirbúningur Nomex honeycomb samanstendur af níu ferlum: límingu á aramíðpappír, lagskipun, pressun, klippingu, klippingu, teygju, teygju, teygju. AVIC Composites Co., Ltd. hefur endurbætt dýfalímingarferlið á aramid hunangsseimum, lokið ferlisbreytum eins og frumu- og pappírsþykkt og dregið úr reynsluformúlunni fyrir þéttleikastýringu. Suzhou Fanglei Honeycomb Composites Co., Ltd. notar innlendan aramíðpappír til að undirbúa hunangsseima, þrýsti- og klippareiginleikar hafa getað uppfyllt kröfur HB5435-89 og BMS8-124, raf- og logavarnareiginleikar uppfylla einnig staðlaðar kröfur. Meishi, dótturfyrirtæki Kína Yantai Spandex Group Co., Ltd. hefur útbúið mismunandi gerðir af honeycomb kjarna úr meta-aramid pappír sínum í gegnum röð þroskaðra ferla. Þjöppunarviðnám í flugvél og skurðþol kjarna og samlokubyggingar þess við stofuhita geta náð vísitölugildum í Boeing BMS8-124 staðlinum og geta uppfyllt notkunarkröfur um vélræna eiginleika.

Tab.1 Helstu notkunarlíkön af honeycomb gerð

(3) Lím. Límið sem notað er fyrir flugsamlokusamlokumannvirki er venjulega burðarlím. Byggingarlím eru þau sem þola töluverðan kraft á fyrirfram ákveðnum tíma, í umhverfinu sem þau eru notuð í, og hafa styrk og endingartíma sem samsvarar hlutnum sem þau eru límd við. Samkvæmt plastefnisfylki er almennt skipt í þrjá meginflokka. Fyrsta epoxýplastefnið, epoxýplastefnið, hefur þá kosti að vera framúrskarandi vinnubrögð, langur notkunartími og hæsta hitaþol allt að 232 gráður; Annar flokkurinn er bismaleimid, sem getur náð meira en 232 gráðu hita, og er aðallega notað í herflugvélum með hærra hitastig; Þriðja er tegund sýanósýruesters, sem hefur framúrskarandi viðnám gegn hitastigi og rafgetu og viðnám gegn hita og raka, þannig að það er aðallega notað í íhlutum með kröfur um rafgetu íhlutanna. Aviation almennt notað epoxý plastefni byggingarlím eins og sýnt er í töflu 2. Bandaríkin Hexcel, Cytec og önnur fyrirtæki hafa þróað margvíslega notkun á efniskerfinu og á undanförnum árum hefur innlenda AVIC Composite Company einnig þróað meðal- og háhita plastefniskerfi, eins og BA9913, BA9916, SY-3000 og svo framvegis.

Tab.2 Innlend og erlend flugbyggingarlím

003 Honeycomb samlokubyggingar á dæmigerðum flugvélaíhlutum

Hvað stórar borgaralegar flugvélar varðar var Boeing 747 (fyrst flogið 9. febrúar 1969) hönnuð með stórum hlutfalli af samlokubyggingu (Mynd 1). Hann er með um það bil helming vængjafletsins, þar á meðal fremstu og aftari brúnir, úr trefjagleri og Nomex honeycomb. Í Boeing 747 er sívalningslaga skel skrokksins aðallega Nomex hunangsseimur og gólfið, hliðarplöturnar, ruslatunnurnar og loftið eru einnig úr honeycomb. Flestir fliparnir eru úr sömu honeycomb uppbyggingu, en einnig er notað ál hunangsseimur og húð. Honeycomb samlokubyggingarforrit á B787 fela í sér stýri, lyftu, vængodda og vélarhorn. Þar á meðal eru vélarhólfin og þrýstingsbakkarnir úr HexWeb honeycomb og HexPly8552/AS4 prepreg. Með kostum léttrar þyngdar og mikillar stífni, auk hljóðdeyfingar, hefur HexWeb honeycomb verið notað af öllum helstu vélaframleiðendum í heiminum. Fyrir Boeing 707 eru aðeins 8% hunangsseimur og fyrir nýrri Boeing 757/46 eru 46% hunangsseimur.

Mynd.1 Myndskreyting af hluta af B747 samlokubyggingarforritinu (blátt svæði)

Honeycomb samloku uppbygging í notkun stórra borgaralegra flugvéla er elsta í Airbus A310 flugvélastýri, og síðan notað í A320, A340 stýri. Stærsta honeycomb samlokubyggingin er A340 stýrið, með flatarmál 15,3 m²af honeycomb samlokubyggingu. Stærsti einstaki-flugvélaskammturinn fyrir A380 flugvélina, magn af honeycomb samlokubyggingu hennar nam 4.000 m², aðallega notað fyrir stóra burðarhluta í-stærð, þar á meðal magaklæðningu, gólfefni o.s.frv.. Og gólfefnin eru aðallega úr Gillfab4909 samlokuplötum frá MC GillCorp. Kevlar hunangsseimur. Gólfbyggingin á Airbus A380 er gerð úr miklum fjölda Nomex honeycomb samloku samlokuefna, sem eru framúrskarandi efni sem gera A380 kleift að ná 20.000 klukkustunda endingartíma, sem tryggir að flugvélin geti verið í notkun í meira en 10 ár. Síðan þá hefur notkun samsettra efna aukist verulega, sérstaklega með ATR72, sem var fyrsta borgaralega flugvélin sem var vottuð með kolefnisgrunnbyggingu (vængjakassa) (sjá mynd 2). Eins og sést á mynd 3 hefur hlutfall samlokuefna í aukamannvirkjum farið lækkandi. Fyrir A380, Boeing 787 eða Airbus A350, aðeins kviðhúðin, gondolarnar og lendingarbúnaðarhurðirnar að framan, sum skeyti og stýri eru enn gerðar úr samlokubyggingu, restin er sjálfstyrkjandi einhæf mannvirki.

Mynd. 2 Notkun ATR72 samsettra efna

(a) Samlokubygging af A380 (b) Samlokubygging af A350 og B787 setti úr samsettu efni uppbyggingu

Mynd.3 Skýringarmynd af samlokubyggingu flugvéla

Í samanburði við borgaralegar flugvélar kemur notkun honeycomb samlokubyggingar í almennum flugvélum aðallega fram í notkun skrokksins, eins og HawkerBeechcraf's PremierI, Hawker 4000 og "Prime Minister" IA flugvélar, Bombardier Aerospace Learjet 85 flugvélar og svo framvegis. PremierI er fyrsta FAA-vottaða allra-samsettu flugvélaflugvélaþotan, allur skrokkurinn er gerður úr kolefnisplötum úr honeycomb samlokubyggingu, heildarþykktin er 20,6 mm, skrokkurinn er laus við truss og ramma, en hefðbundin álbygging til að minnka þyngd farrýmis um 25%,% aukið rýmið um 15%. Skrokkbygging Hawker 4000 flugvélarinnar sem nú er í framleiðslu samanstendur af þremur tunnubyggingum tengdum við vængina, tunnurnar eru hunangsseimur samlokubyggingar og húðin er lögð með MAG Cincinnati sjálfvirkri víralögunarvél-. Nomex samlokusamlokubyggingu samsettir íhlutir eru notaðir í miklum fjölda notkunar í Rússlandi fyrir flugvélaíhluti eins og flaps, ailerons, skrokkveggspjöld, hreyfla, stjórnklefa, farmhólfa, lárétta skott, vængjaframbrúnir, þyrlu snúnings halabita og aðra flugvélahluta.

Innlend framleiðsla AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co., Ltd. og annarra eininga af miklum fjölda samsettra efna úr plastefnisfylki (svo sem drógu, spaða, flata hala og snúð, osfrv.) og Nomex samloka samlokubyggingu samsettra efna (skrokkplötur, gólf, skottbitar o.s.frv.), sem dregur verulega úr fituþyngd íhlutanna, eykur styrk í loftaflfræðilegir eiginleikar til að auka fluggæði þyrlunnar. Áætlað er að, auk hreyfils og driflínunnar, séu tæplega 300 flugvélahlutir gerðir úr Nomex hunangssamlokusamlokum. Allir hlutar nota Nomex honeycomb kjarnaefni með 3 þéttleika og 12 forskriftir. Magn Nomex honeycomb kjarnaefna í öllum skrokknum er meira en 200m2 og þekjusvæði hans er um 80% af öllum skrokknum, sem er ein af þeim flugvélategundum sem nota Nomex honeycomb samloku burðarvirki mest í Kína um þessar mundir.

004 Notkun á honeycomb samlokubyggingu á gólfi almenningsflugvéla

4.1 Rannsóknarstaða gólfefna farþega- og farmrýmis flugvéla

Hefðbundin gólf flugvéla farþega- og farmgólf eru smíðuð úr málmi. Hver hæð hefur hundruð hnoða og skrúfa, en einnig þarf að nota teygjupúða og einangrun skrokkbyggingar og því dýrt. Og notkun samsettra efna getur verulega bætt gólfbyggingu styrkleika, stífleika, þreytu og tæringarþols, getur dregið úr tengjunum um stærðargráðu og getur dregið verulega úr þyngd gólfbyggingarinnar.

Spjaldið á samsettu samlokubyggingu flugvélargólfsins er venjulega úr glertrefjum prepreg, koltrefjum og Kevlar prepreg, og fylkið er valið úr epoxý plastefni eða fenól plastefni. Honeycomb kjarna eru almennt notaðir með Nomex honeycomb.

Mynd.4 Gólfefni fyrir farþega og farmrými flugvéla

4.2 Notkun samlokumannvirkja á gólf

Aðalgólf farþegarýmis Boeing Model 234 borgaralegra Chinook þyrlu er 2,5 mx 2,2 m hver og samanstendur af fjórum spjöldum. Spjöldin eru úr trefjagleri/Kevlar49 samsettum efnum með Nomex honeycomb kjarna og samlokugólfið er með fjórum lögum af efri og neðri plötuuppsetningum hvert, samhverft við honeycomb kjarnann í miðjunni. Fyrsta og annað lagið eru 0 gráðu glertrefja prepreg, og þriðja og fjórða lagið eru 0 gráðu stefnu Kevlar49 trefja prepreg. Nomex kjarninn er 38 mm á hæð, frumulengd 2 mm og þéttleiki 48 kg/m3. Spjöldin og kjarninn eru límdir saman með EA9 límfilmu. Samsett samlokubygging er einnig valin fyrir farþegarýmið á Boeing 777, Boeing 787 Dreamliner og öðrum flugvélagerðum.

MC GillCorp. framleiðsla á Gillfab4223 samlokubyggingarplötuúrvali úr trefjaplastefni, fylki fyrir fenólplastefni, kjarna fyrir GillcoreHD meta-aramid honeycomb, val á límfilmu af epoxýkerfi. Þykkt alls samlokubyggingarinnar er 12,6 mm, þykkt efri spjaldsins er 1,27 mm og þykkt neðri spjaldsins er 0,508 mm. Gillfab4223 samlokubygging er notuð í Airbus A318/ A319/ A320/ A321/ A330/ A340/ A300/ A310/ A300-600. MC GillCorp. Framleiðsla á Gillfab4505 samloku uppbyggingu spjaldið úrval af koltrefjum einátta belti (yfirborðslagið fyrir glertrefja prepreg), fylkið fyrir fenól plastefni, kjarninn fyrir GillcoreHD meta-aramid hunangsseimuna, val á límfilmu af epoxýkerfi. Þykkt alls samlokubyggingarinnar er 9,5 mm og þykkt efri og neðri spjaldanna er 0,5 mm. Gillfab4505 samlokubygging er notuð í Airbus A318/A319/A320/A321/A330/A340.

Farmgólf Fokker 100 er tiltölulega einföld uppbygging, sem er samsett samlokubygging með ytri húð úr blöðum úr háum-hitaþolnum samsettum efnum og kjarna úr Nomex honeycomb. Húðin og kjarninn eru límd saman með epoxýfilmu.

Hleðslugólfið af ákveðnu líkani af Nomex honeycomb samlokubyggingu var útbúið með heitpressumótun með því að nota sjálf-gert glertrefjastyrkt phenolic resin prepreg sem hráefni spjaldsins af Niu Fangxu o.fl. frá Beijing Glass Steel Institute Composites Ltd. Vélrænni eiginleikar og logavarnareiginleikar gólfsins voru kerfisbundið metnir og áhrif prepreg gerð, herðingarhitastig og mótunarferli á vélrænni eiginleika honeycomb spjaldanna voru greind og áhrifaþættir logavarnarefnis spjaldanna voru rannsakaðir. Niðurstöðurnar sýna að vélrænni eiginleikar farmrýmisgólfsins sem er útbúið með sjálf-framleiddum forpreg eru frábærir, með endanlegu álagi sem beygjast með langa geisla upp að 4348N, sveigju sem er aðeins 6,79 mm við álag upp á 445N, höggafköst allt að 17,1J og keflisstyrkur upp í 6,4 mm og{6,0 mm á sama tíma, uppfyllir strangar kröfur um logavarnarefni, sem getur gert staðbundna skiptingu gólfefnisefna fyrir lausaflutningasvæði flugvélarinnar.

005 Niðurstaða

Honeycomb samlokubygging með miklum styrk, mikilli sérstífleika og lágum þéttleika, sem nýtur góðs af góðum þjöppunar- og sveigjueiginleikum, hefur verið notuð í miklum fjölda notkunar á sviði borgaralegra flugvéla. Þessi grein greinir rannsóknarframvindu og þróunarstöðu honeycomb samlokubyggingar, greiðir frekar notkun þess á dæmigerð flugvélamannvirki og kemst að þeirri niðurstöðu að með þróun og framleiðslu á innlendum flugvélum C919/C929, hafi samsett samlokubygging fyrir loftfarsgólf margvíslega notkunarmöguleika.(Heimild: Fiber Composites)