Pregled posta

Najčešće primjenjivani materijali u zrakoplovstvu

Dugo nije bilo novih postova što je uzkorovano dijelom tehničkim problemima a dijelom mojom ljenosti. No, kakogod bilo, vraćam se na pisanje s pregršt zanimljivih tema iz svijeta avijacije ;). A počinjem s materijalima koji se danas najčešće koriste u izradi aviona.

Aluminij i duraluminij (dural)

Aluminij spada u lake obojene metale. Dobiva se iz rude boksit-a koja se prerađuje u linicu (Al2O3) iz koje se izdvaja elektrolizom. Gotovo tri puta je lakši od čelika, a toplinska vodljivost mu je 13 puta veća nego kod nehrđajućeg čelika, a 4 puta veća od običnog čelika. Ima vrlo dobra mehanička svojstva pri niskim temperaturama. Električna vodljivost bliska mu je bakru, ali pri istoj težini je dvostruko veća. S obzirom da se aluminij prirodno zaštićuje slojem oksida ima jako dobru otpornost na koroziju, drugim riječima aluminij postiže samozaštitu od korozije u normalnoj atmosferi. Aluminij je također vrlo pogodan za različite obrade.

Dural je aluminijska legura sa strukturnim očvršćavanjem bakrom. Osnovna američka oznaka za ovu leguru je 2000. mehaničke vrijednosti ovih legura dostižu svojstva mekih čelika i najčešće se koriste za izradu nosivih dijelova. U pravilu se loše zavaruju i nemaju dobra antikorozivna svojstva zbog čega se najčešće oblažu slojem čistog aluminija radi zaštite. Ove legure imaju veliku primjenu u avioindustriji.


Titan i titanske legure

Titan je metal sive boje koji ima odličnu korozijsku otpornost i visok odnos čvrstoće prema težini. Po čvrstoći i rastezljivosti titan nadmašuje sve čiste metale. Postojan je u morskoj vodi, a dobro se zavaruje. Po gustoći, elastičnosti i otpornosti na visoke temeprature nalazi se između aluminijskih legura i čelika (50% lakši od čelika, a oko 60% teži od legura aluminija). Ima malu termoprovodljivost i mali koeficijent linearnog istezanja, a posljedica tog su relativno male zaostale deformacije nakon zavarivanja. Upotrebljava se u kemijskim aparatima, za legiranje čelika posebnih svojstava, rakete, zrakoplovstvo i svemirsku tehnologiju.

Titanske legure dobivaju se slijevanjem s Aluminijem (Al), Vanadijem (V), Molibdenom (Mo), Kromom (Cr), Manganom (Mn) i Kositrom (Sn). Čvrstoće tih legura dosežu do 1600 Mpa. Zbog iznimno visoke cijene proizvodnje titana i njegovih legura primjena se ograničila na zrakoplovstvo (ugalvnom vojno) i svemirsku tehniku, ali i sportske rekvizite.


KOMPOZITI

Kompoziti su višefazni materijali sastavljeni iz dva ili više različitih čvrstih materijala (zasebno dobivenih), koji su osmišljeni tako da je u njima raspodjela faza kontinuirana kako bi se poboljšalo jedno ili više svojstava osnovnom materijalu. To su obično svojstva kakva nema niti jedan materijal sam za sebe, tj. nova svojstva – a to je novi materijal. Sastavljeni su iz najmanje dvije faze: osnovni materijal (matrica) i ojačalo. Matrica može biti metalna, polimerna i keramička.

Zašto koristiti kompozite?
Za povećanje krutosti, čvrstoće ili dimenzijske stabilnosti, udarne žilavosti, otpornosti na toplinu i korozijske otpornosti.. Za smanjenje troškova, apsorpcije vode, toplinske ekspanzije i mase. Za poboljšanje otpornosti na trošenje i konstrukcijske fleksibilnosti.

Uloge matrice i ojačala
Karakteristike matrice: popustljivija od ojačala, osigurava dobro povezivanje s ojačalom, osigurava zaštitu ojačala od utjecaja okoline i prijenos opterećenja s jednog na drugi dio ojačala, uklanja posmično naprezanje kompozita.
Karakteristike ojačala (dispregirano unutar matrice kao sitne čestice ili vlakna): tvrđe i čvršće nego matrica, osiguravaju kompozitu veliku tvrdoću i čvrstoću, povećavaju udarnu žilavost itd.

Svojstva kompozita ovise upravo o vrsti matrice i njezinim svojstvima i o svojstvima, načinu raspodjele, veličini i vrsti čestica ojačala i njihovoj orijentaciji unutar matrice, kao i o volumnom udjelu komponenti. Također ovise i o kvaliteti povezivanja matrice i ojačala.


- najčešće primjenjivani kompozitni materijali -

Kompoziti sa STAKLENIM vlaknima
Kod ovih kompozita za izradu matrice koriste se poliesterske smole i staklena vlakna za ojačalo. Karakteristika im je dobra čvrstoća i mali modul elastičnosti. U avijaciji se primjenjuju za primarne strukture bespilotnih letjelica i jedrilica i za sekundarne strukture putničkih i poljoprivrednih aviona. U ostalim granama koriste se u brodogradnji, automobilskoj industriji i za izradu sportskih rekvizita. Ovo je najstariji poznati kompozit.

staklena vlakna

Kompoziti sa UGLJIČNIM vlaknima (popularno nazvani samo KARBON)
Osnovna prednost ugljičnih vlakana je jedinstvena kombinacija fizikalnih, kemijskih i mehaničkih svojstava. Vlakna imaju visoku zateznu čvrstoću i modul elastičnosti, dobru otpornost na zamor i puzanje, visoku otpornost na kemijske utjecaje, dobru električnu vodljivost, otpornost na radioaktivna zračenja i nizak koeficijent toplinskog širenja. Za izradu matrica kod karbona koriste se epoxidne smole i grafit. Kompozit ugljično vlakno-epoxy smola koristi se za izradu: poda, vrata stajnog trapa, prednjeg dijela trupa, bočnih panela, horizontalnih i vertikalnih stabilizatora, kormila pravca i visine, predkrilaca i zakrilaca.... Osim u avijaciji ovi kompoziti se koriste i u automobilskoj industriji i za izradu sportskih rekvizita. Kompoziti ugljično vlakno-grafit pored visokih toplinskih izolacijskih svojstava zadržavaju svoju čvrstoću i do 2500 stupnjeva C, a koriste se za izradu kočnica, za dijelove svemirskih letjelica, ležajeva i mlaznica, raketa i sl. Ovi kompoziti su u velikoj mjeri zamijenili primjenu kompozita s vlaknima bora.

ugljična vlakna

Kompoziti sa ARAMIDNIM vlaknima (popularno nazvatni samo KEVLAR)
Ovi kompoziti su se počeli primjenjivati najkasnije od svih kompozita. Vlakna komercijalne oznake KEVLAR 49 i KEVLAR 29 proizvela je američka tvrtka DUPONT. Kevlar je vlakno organskog porijekla, a kompoziti na njihovoj bazi odlikuju se visokom zateznom čvrstoćom, modulom elastičnosti i udarnom žilavosti, dobrim izolacijskim svojstvima i dobrom otpornosti na povišene temperature. Kao matrica koristi se samo epoxidna smola, a najveći nedostatak je veoma teško i skupo dobivanje kevlara.

aramidna vlakna (kevlar)

NEKI OD OSTALIH MATERIJALA

Politetrafluoretilen (PTFE) ili jednostavno Teflon ima izuzetno mali faktor trenja i izuzetnu kemijsku otpornost pa se u zrakoplovstvu koristi za oblaganje skija zrakoplova i za izradu dijelova projektila, satelita i svemirskih letjelica.
Polimetilmetakrilat (PMMA) ili poznatije Pleksiglas propušta 91% svjetlosti i dosta slabije provodi toplinu od stakla, pa se u avijaciji krositi za izradu poklopaca kabina, bočne prozore, signalna svjetla i farove, kabine helikoptera, kontrolne ploče radara i sl. Nedostatak mu je mala tvrdoća zbog koje se glavni prozori u kabini izrađuju od stakla.
Rezonantna smreka je najzastupljenije drvo koje se koristi za izradu aviona od drveta. To je smreka koja raste iznad 2000 metara nadmorske visine jer tamo drvo sporije raste pa stablo ima vrlo guste godove koji su poželjni. Smreka se koristi zato jer je lagana, ima dobru žilavost i čvrstoću, dugotrajna je, te zato jer slabo prima i gubi vlagu.

Za kraj evo fotka predivnog ultralakog kompozitnog aviona:

za više informacija i fotografija >>> http://www.millennium-aircraft.com/

lijep pozdrav,

caspix

Post je objavljen 08.08.2010. u 14:14 sati.