Fuqarolik samolyotlarida kompozitsion ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalarini qo'llash

Annotatsiya:Kompozit ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari fuqarolik samolyotlari sohasida ko'plab ilovalarda qo'llaniladi, ular yuqori quvvat, yuqori o'ziga xos qattiqlik, past zichlik, yaxshi siqish va egilish xususiyatlari va boshqalar bilan ajralib turadi. Qo'llash qismlariga fyuzelyaj, dvigatel qopqog'i, yarmarka, lyuk, antenna qopqog'i, etakchi chekka va boshqalar. Ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilishini qo'llashning ko'pligi samolyot strukturasining og'irligini sezilarli darajada kamaytiradi. Kalıplama jarayonining rivojlanishi va moddiy xususiyatlarning yaxshilanishi bilan chuqurchalar sendvich tuzilishi asta-sekin polga va boshqa asosiy rulman tuzilmalariga qo'llaniladi. Ushbu maqola birinchi navbatda ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalarining tadqiqot jarayoni va rivojlanish jarayonini tahlil qiladi. Ikkinchidan, u ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalarini samolyotning odatiy qismlariga qo'llashni tartibga soladi. Va nihoyat, u fuqarolik samolyotlari polida chuqurchalar sendvich tuzilishini qo'llashning hozirgi holati bilan tanishtiradi.

001 Kirish

Ijtimoiy-iqtisodiy rivojlanish bilan birga, transport sohasi, ayniqsa, havo transporti oldida ikkita vazifa turibdi: tuzilmalarning umumiy vaznini kamaytirish va og'irlikni kamaytirish bilan bevosita bog'liq bo'lgan imtiyozlar masalasi - yoqilg'i sarfini kamaytirish. Konstruktiv og'irlik va yoqilg'i sarfi aviatsiya sohasida ayniqsa muhimdir. Hozirgi vaqtda ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyalari aviatsiya sanoatida fyuzelajlar, lyuklar, qanotlar, dumlar, pollar, yarmarkalar va antenna qopqog'ida keng qo'llaniladi. Ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari yaxshi quvvat va vazn nisbatini taklif qiladi. Kompozit terilar bilan solishtirganda, ular ikkita nozik, qattiq qatlam bilan o'ralgan qalin, engil yadrodan iborat bo'lgan strukturaviy shakli tufayli lateral va bükme yuklari ostida yaxshiroq ishlaydi.

Ko'plab chuqurchalar sendvich konstruksiyalarining qo'llanilishi samolyot konstruktsiyalarining og'irligini sezilarli darajada kamaytirdi, ularning yaxshi siqish va egilish xususiyatlariga ko'ra, chuqurchalar sendvich konstruktsiyalari asta-sekin pollar kabi asosiy yotqizilgan tuzilmalarga qarab harakat qilmoqda. Ushbu maqolaning mazmuni asosan uch qismga bo'lingan: birinchi navbatda, chuqurchalar sendvich tuzilishining tadqiqot jarayoni va rivojlanish jarayonini tahlil qiladi; ikkinchidan, u ko'plab chuqurchalar sendvich strukturasini samolyotning tipik qismlariga qo'llashni hozirda foydalanilayotgan modellar bilan birlashtiradi; nihoyat, fuqarolik samolyotlari pollarida chuqurchalar sendvich konstruktsiyasini qo'llashning hozirgi holati bilan tanishtiradi.

002 Honeycomb sendvich tuzilishi

Bionikada birinchi bo'lib paydo bo'lgan chuqurchalar sendvich tuzilishi bir xil turdagi qattiq materiallar bilan solishtirganda yuqori o'ziga xos kuch, yuqori o'ziga xos qattiqlik va engil vazn bilan ajralib turadi va shuning uchun aviatsiya, transport va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi. Kompozit ko'plab chuqurchalar sendvich strukturasi egilish qattiqligini samarali ravishda yaxshilaydi va juda kichik vazn ortishi bilan egilish momentlari va bosimlariga bardosh berish qobiliyatini oshiradi, bu esa uni aviatsiya uchun yanada ideal engil tuzilishga aylantiradi.

Kompozit ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari uchta komponentdan iborat: panellar, chuqurchalar yadrosi va yopishtiruvchi.

(1) Panel. Panel sendvich strukturasining asosiy yuk ko'taruvchi qismidir. Asosiy material bilan taqqoslaganda, panel materiali yuqori zichlik, yuqori modul va yuqori quvvat bilan ajralib turadi. Kompozit panel materiallari odatda alyuminiy qotishmasi, titanium qotishmasi, shisha tolali plastmassa va boshqa materiallardir. Bir tomonlama lenta yoki uglerod tolasi yoki shisha tolali mato kompozitlarining aksariyati hozirda aerokosmik inshootlarda qo'llaniladi.

(2) Asal chuqurchasi yadrosi. Asal qolipli sendvich strukturasining ishlashi va chuqurchaning geometriyasi chuqurchalar yadrosining materiali bilan bog'liq. Umuman olganda, ko'plab chuqurchalar yadrolari materialga ko'ra alyuminiy chuqurchalar yadrosi, aramid chuqurchalar yadrosi, shisha tolali chuqurchalar yadrosi va boshqalar sifatida mavjud. Aramid chuqurchalari meta-aramid chuqurchalari va para-aramid chuqurchalariga bo'linadi. Mezo-aramid ko'plab chuqurchalar - m-toluen dikarbonilxlorid (MDCL) va m-fenilendiamin (MPA) ning interfaal polikondensatsiyasi yoki past haroratli eritma polikondensatsiyasi natijasida olingan meta-aramid. Bozorda eng keng tarqalgan meta-aramid birinchi marta 1960-yillarda DuPont tomonidan ixtiro qilingan va foydalanishga topshirilgan. Para-aramid ko'plab chuqurchalar p-fenilendiamin va p-fenilendikarbonilxlorid polikondensatsiyasi bo'lib, para-aramid, savdo nomi Kevlar olish uchun. Mavjud aramid ko'plab chuqurchalar yadrosi asosan meta-aramid bo'lib, para-aramidning tadqiqotlari juda kam. Asosiy dastur modellari 1-jadvalda ko'rsatilgan. Aramid qog'ozli chuqurchalar (NOMEX ko'plab chuqurchalar) fenolik qatron bilan namlangan aramid qog'ozidan qilingan. Alyuminiy ko'plab chuqurchalar bilan solishtirganda, aramid chuqurchalar mahalliy beqarorlikka nisbatan ancha chidamli, chunki aramid chuqurchaning ko'plab chuqurchalari alyuminiy chuqurchaga qaraganda qalinroq. cho'zish, o'lchamlarni o'lchash, cho'ktirish, quritish va kesish. AVIC Composites Co., Ltd. kompaniyasi aramid ko'plab chuqurchalar bilan yopishtirish jarayonini takomillashtirdi, hujayra va qog'oz qalinligi kabi jarayon parametrlarini yakunladi va zichlikni nazorat qilish uchun empirik formulani chiqardi. Suzhou Fanglei Honeycomb Composites Co., Ltd uyali aramid qog'ozini asal qoliplarini tayyorlash uchun ishlatadi, siqish va kesish xususiyatlari HB5435-89 va BMS8-124 talablariga javob bera oldi, dielektrik va olovga chidamli xususiyatlar ham javob beradi. standart talablar. Xitoyning Yantai Spandex Group Co., Ltd sho'ba korxonasi bo'lgan Meishi bir qator etuk jarayonlar orqali meta-aramid qog'ozidan turli xil chuqurchalar yadrolarini tayyorladi. Xona haroratida uning yadrosi va sendvich strukturasining tekislik ichidagi siqish qarshiligi va siljish qarshiligi Boeing BMS8-124 standartidagi indeks qiymatlariga erisha oladi va mexanik xususiyatlardan foydalanish talablariga javob berishi mumkin.

Tab.1 Ko'plab chuqurchalar turini qo'llashning asosiy modellari

(3) yopishtiruvchi. Aviatsiya ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari uchun ishlatiladigan yopishtiruvchi odatda strukturaviy yopishtiruvchi hisoblanadi. Strukturaviy yopishtiruvchi moddalar - ular qo'llaniladigan muhitda, oldindan belgilangan vaqt ichida sezilarli kuchga bardosh bera oladigan va ular yopishgan ob'ektga mos keladigan mustahkamlik va chidamlilik muddatiga ega. Qatronlar matritsasiga ko'ra, odatda uchta asosiy toifaga bo'linadi. Birinchi epoksi, epoksi qatroni mukammal mahorat, uzoq muddat foydalanish va 232 darajagacha bo'lgan eng yuqori harorat qarshiligining afzalliklariga ega; Ikkinchi toifa - bismaleimid bo'lib, u 232 darajadan yuqori haroratga erisha oladi va asosan yuqori haroratli harbiy samolyotlarda qo'llaniladi; Uchinchisi, haroratga, dielektriklikka, issiqlik va namlikka chidamliligiga ega bo'lgan siyanoatsid Ester turidir, shuning uchun u asosan komponentlarning elektr ishlash talablariga ega bo'lgan komponentlarda qo'llaniladi. Aviatsiya 2-jadvalda ko'rsatilganidek, keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan epoksi qatronli strukturaviy yopishtiruvchi. Amerika Qo'shma Shtatlari Hexcel, Cytec va boshqa kompaniyalar moddiy tizimdan turli xil foydalanishni ishlab chiqdilar va so'nggi yillarda mahalliy AVIC Composite kompaniyasi ham o'rta va yuqori haroratni ishlab chiqdi. BA9913, BA9916, SY-24C-300 va boshqalar kabi qatronlar tizimi.

Tab.2 Mahalliy va xorijiy aviatsiya konstruktiv yopishtiruvchi moddalar

003 Samolyotning odatiy qismlarida ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari

Katta fuqarolik samolyotlariga kelsak, Boeing 747 (birinchi marta 1969 yil 9 fevralda parvoz qilgan) sendvich konstruktsiyasining katta foizi bilan yaratilgan (1-rasm). U qanot yuzasining qariyb yarmiga, shu jumladan old va orqa qirralarga ega, shisha tolali va Nomex ko'plab chuqurchalardan yasalgan. Boeing 747da fyuzelyaj silindrsimon qobig'i asosan Nomex ko'plab chuqurchalar bo'lib, pol, yon panellar, tepadagi axlat qutilari va ship ham chuqurchadan qilingan. Qopqoqlarning ko'pchiligi bir xil chuqurchalar tuzilishidan qilingan, ammo alyuminiy chuqurchalar va teri ham ishlatiladi. B787-da ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyalari uchun rul, lift, qanot uchlari va dvigatel dvigatellari kiradi. Ularning orasida dvigatel tirgaklari va reverserlar HexWeb honeycomb va HexPly8552/AS4 prepregdan tayyorlangan. Engil vazn va yuqori qattiqlik, shuningdek akustik yutilish afzalliklari bilan HexWeb ko'plab chuqurchalar dunyodagi barcha yirik dvigatel ishlab chiqaruvchilari tomonidan qo'llanilgan. Boeing 707 uchun bor-yo'g'i 8%, yangi Boeing 757/46 uchun esa 46% chuqurchadan iborat.

Anjir.1 B747 sendvich tuzilishi ilovasining bir qismi tasviri (ko'k maydon)

Katta fuqarolik samolyotlarini qo'llashda ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilishi Airbus A310 samolyotining rulida eng qadimgi hisoblanadi, keyin esa A320, A340 rullarida ishlatiladi. Eng katta chuqurchalar sendvich konstruktsiyasi A340 rulidir, uning maydoni 15,3 m.²uyali sendvich tuzilishi. A380 samolyoti uchun eng katta bitta samolyot dozasi, uning uyali sendvich strukturasi miqdori 4,000 m ni tashkil etdi.², asosan katta o'lchamli strukturaviy komponentlar, jumladan, qorin pardasi, taxta va boshqalar uchun ishlatiladi. Va taxta asosan MC GillCorp kompaniyasining Gillfab4909 sendvich panellaridan tayyorlanadi. Kevlar chuqurchalari. Airbus A380 ning pol konstruksiyasi ko'p sonli Nomex chuqurchalar sendvich kompozitlaridan iborat bo'lib, ular A380 ning 20 000 soatlik ishlash muddatiga erishish imkonini beruvchi ajoyib materiallar bo'lib, samolyotning xizmat ko'rsatishini ta'minlaydi. 10 yildan ortiq. O'shandan beri kompozitlardan foydalanish sezilarli darajada oshdi, ayniqsa, uglerodli asosli tuzilish (qanot qutisi) bilan sertifikatlangan birinchi fuqarolik samolyoti bo'lgan ATR72 (2-rasmga qarang). 3-rasmda ko'rsatilganidek, ikkilamchi tuzilmalarda sendvich materiallarining ulushi pasayib bormoqda. A380, Boeing 787 yoki Airbus A350 uchun faqat qorin pardasi, nacelles va oldingi qo'nish moslamasi eshiklari, ba'zi aileronlar va rullar hali ham sendvich konstruktsiyadan qilingan, qolganlari o'zini o'zi mustahkamlovchi monolit konstruktsiyalardir.

2-rasm ATR72 kompozitlarini qo'llash

(a) A380 sendvich tuzilishi (b) A350 va B787 kompozit to'plamining sendvich tuzilishi tuzilishi

Anjir.3 Samolyot sendvich tuzilishi diagrammasi

Fuqarolik samolyotlari bilan taqqoslaganda, umumiy samolyotlarda chuqurchalar sendvich tuzilishini qo'llash asosan HawkerBeechcraf's PremierI, Hawker 4000 va "Bosh vazir" IA samolyotlari, Bombardier Aerospace Learjet 85 samolyotlari va boshqalar kabi fyuzelajdan foydalanishda namoyon bo'ladi. PremierI - bu FAA tomonidan sertifikatlangan birinchi kompozitsion fyuzelajli biznes-jet bo'lib, butun fyuzelaj ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyasining uglerod panellaridan yasalgan, umumiy qalinligi 20,6 mm, fyuzelaj an'anaviy alyuminiy konstruktsiyaga qaraganda truss va ramkalardan xoli. og'irligi 25% ga kamaytirildi va idishni maydoni 13% ga oshdi. Hozirda ishlab chiqarilayotgan Hawker 4000 samolyotining fyuzelyaj konstruksiyasi qanotlari bilan bog‘langan uchta barrel konstruksiyalaridan iborat bo‘lib, bochkalar chuqurchali sendvich konstruksiyalardan iborat bo‘lib, po‘sti MAG Cincinnati kompaniyasining Viper avtomatlashtirilgan sim yotqizish mashinasi yordamida yotqizilgan. Nomex ko'plab chuqurchalar sendvich strukturasi kompozit komponentlari Rossiyada qanotlar, aileronlar, fyuzelaj devor panellari, dvigatellar, kokpitlar, yuk bo'linmalari, gorizontal dumlar, qanotning oldingi qirralari, vertolyot rotorining quyruq nurlari va boshqa samolyotlar kabi samolyot qismlari uchun ko'plab ilovalarda qo'llaniladi. komponentlar.

AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co., Ltd tomonidan mahalliy ishlab chiqarish va ko'p miqdordagi qatron matritsali kompozit materiallar (masalan, drogue, paddle, tekis dum va rotor va boshqalar) va Nomex ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyali kompozit materiallar (fuselage) panellar, pollar, quyruq nurlari va boshqalar), bu umumiy fyuzelajning og'irligini sezilarli darajada kamaytiradi, tarkibiy qismlarning charchoqqa chidamliligini yaxshilaydi va vertolyotning parvoz sifatini oshirish uchun aerodinamik xususiyatlarni yaxshilaydi. Taxminlarga ko'ra, dvigatel va haydovchi poezddan tashqari, 300 ga yaqin samolyot qismlari Nomex ko'plab chuqurchalar sendvich kompozitlaridan tayyorlangan. Barcha qismlar 3 ta zichlikdagi va 12 ta spetsifikatsiyadagi Nomex chuqurchalar yadro materiallaridan foydalanadi. Butun korpusdagi Nomex chuqurchalar yadrosi materiallarining miqdori 200 m2 dan oshadi va uning qamrov maydoni butun fyuzelajning taxminan 80% ni tashkil qiladi, bu hozirgi vaqtda Xitoyda Nomex chuqurchalar sendvich strukturaviy kompozitlardan foydalanadigan samolyot turlaridan biridir. .

004 Ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyasini fuqarolik samolyotlari pollarida qo'llash

4.1 Samolyot yo'lovchi va yuk bo'linmalari pol qoplamalarining tadqiqot holati

An'anaviy samolyot pollari yo'lovchi va yuk pollari metalldan yasalgan. Har bir qavatda yuzlab perchinlar va vintlar mavjud, lekin ayni paytda elastik prokladkalar va fuselage tuzilishi izolyatsiyasidan foydalanish kerak va shuning uchun qimmat. Va kompozit materiallardan foydalanish mustahkamlik, qattiqlik, charchoq va korroziyaga chidamlilikning zamin tuzilishini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, ulagichlarni kattalik tartibida kamaytirishi va zamin tuzilishining og'irligini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.

Samolyot zaminining kompozit sendvich tuzilishi paneli odatda shisha tolali prepreg, uglerod tolasi va Kevlar prepregdan tayyorlanadi va matritsa epoksi qatroni yoki fenolik qatrondan tanlanadi. Ko'plab chuqurchalar yadrolari odatda Nomex honeycomb bilan ishlatiladi.

Anjir.4 Samolyot yo'lovchi va yuk bo'linmasining pol qoplamasi

4.2 Sendvich konstruktsiyalarni pollarga qo'llash

Boeing Model 234 fuqarolik Chinook vertolyotining asosiy kabina qavati har biri 2,5 mx 2,2 m o'lchamga ega va to'rtta paneldan iborat. Panellar Nomex ko'plab chuqurchalar yadrolari bo'lgan shisha tolali / Kevlar49 kompozitlari va sendvich polda har biri o'rtadagi chuqurchalar yadrosiga simmetrik bo'lgan to'rtta yuqori va pastki panel qatlamlariga ega. Birinchi va ikkinchi qatlamlar 0 darajali shisha tolali prepreg, uchinchi va to'rtinchi qatlamlar esa 0 daraja yo'nalishdagi Kevlar49 tolali prepreg. Nomex yadrosi balandligi 38 mm, hujayra uzunligi 2 mm va zichligi 48 kg / m3 ni tashkil qiladi. Panellar va yadro EA9 yopishtiruvchi plyonka bilan yopishtirilgan. Kompozit sendvich konstruksiya Boeing 777, Boeing 787 Dreamliner va boshqa samolyot modellari kabinasi uchun ham tanlangan.

MC GillCorp. Gillfab4223 sendvich strukturasi panelini ishlab chiqarish, shisha tolali matoni tanlash, fenolik qatronlar uchun matritsa, GillcoreHD meta-aramid ko'plab chuqurchalar uchun yadro, epoksi tizimining yopishqoq plyonka tanlovi. Butun sendvich strukturasining qalinligi 12,6 mm, yuqori panelning qalinligi 1,27 mm va pastki panelning qalinligi 0,5{22}}8 mm. Gillfab4223 sendvich tuzilishi Airbus A318/ A319/ A320/ A321/ A330/ A340/ A300/ A310/ A300-600 da qo'llaniladi. MC GillCorp. Gillfab4505 sendvich strukturasi panelini ishlab chiqarish uglerod tolali bir tomonlama kamarni tanlash (shisha tolali prepreg uchun sirt qatlami), fenolik qatronlar uchun matritsa, GillcoreHD meta-aramid ko'plab chuqurchalar uchun yadro, epoksi tizimining yopishqoq plyonka tanlovi. Butun sendvich strukturasining qalinligi 9,5 mm, yuqori va pastki panellarning qalinligi esa 0,5 mm. Gillfab4505 sendvich tuzilishi Airbus A318/A319/A320/A321/A330/A340-da qo'llaniladi.

Fokker 100 ning yuk qavati nisbatan oddiy tuzilma bo'lib, u yuqori samarali termoplastik kompozitlardan iborat tashqi po'stlog'i va Nomex ko'plab chuqurchalar yadrosi bo'lgan kompozit sendvich strukturadir. Teri va yadro epoksi plyonka bilan yopishtirilgan.

Nomex ko'plab chuqurchalar sendvich strukturasining ma'lum bir modelining yuk saqlash qavati Niu Fangxu va boshqalar tomonidan panelning xom ashyosi sifatida o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan shisha tolali mustahkamlangan fenolik qatron prepreg yordamida issiq presslash orqali tayyorlangan. Beijing Glass Steel Institute Composites Ltd., polning mexanik xususiyatlari va olovga chidamli xususiyatlari muntazam ravishda baholandi va prepreg turi, qotib qolish harorati va qoliplash jarayonining chuqurchalar panellarining mexanik xususiyatlariga ta'siri tahlil qilindi va ta'sir etuvchi omillar ko'plab chuqurchalar panellarining olovga chidamlilik xususiyatlari o'rganildi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, o'z-o'zidan tayyorlangan prepreg bilan tayyorlangan yuk bo'limi polining mexanik xususiyatlari juda yaxshi, uzoq nurning 4348N gacha egilishi, 445N yukida bor-yo'g'i 6,79 mm egilishi, zarba ko'rsatkichi yuqori. 17,1J va rulonni tozalash quvvati 66,4N-mm/mm gacha va shu bilan birga, otashga chidamlilik bo'yicha qat'iy talablarga javob beradi, bu esa samolyotning ommaviy yuk maydoni uchun taxta materiallarini mahalliylashtirilgan almashtirishni amalga oshirishi mumkin.

005 Xulosa

Yuqori mustahkamlik, yuqori o'ziga xos qattiqlik va past zichlikka ega bo'lgan ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilishi, uning yaxshi siqish va egilish xususiyatlaridan foydalangan holda, fuqarolik samolyotlari sohasida ko'plab ilovalarda qo'llanilgan. Ushbu maqola ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyasini tadqiq qilish jarayoni va rivojlanish holatini tahlil qiladi, uni odatdagi samolyot konstruktsiyalarida qo'llashni yanada chuqurroq taraydi va mahalliy C919/C929 samolyotlarini ishlab chiqish va ishlab chiqarish bilan samolyot pollari uchun kompozit sendvich konstruktsiyasi keng qo'llanilishiga ega degan xulosaga keladi. istiqbollari.(Manba: Fiber Composites)