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

Annotatsiya:Kompozit ko'plab chuqurchalar sendvich tuzilmalari fuqarolik samolyotlari sohasida juda ko'p sonli 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 fyuzelaj, dvigatel qopqog'i, pardozlash, lyuk, antenna qopqog'i, etakchi chekka va boshqalar kiradi. 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{0}}iqtisodiy rivojlanish sharoitida transport sohasi, xususan, havo transporti oldida ikkita vazifa turibdi: konstruksiyalarning umumiy vaznini kamaytirish va ogʻirlikni kamaytirish bilan bevosita bogʻliq imtiyozlar masalasi - yoqilgʻi 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. Asal qolipli sendvich tuzilmalari yaxshi quvvat-vaznga- nisbat beradi. Kompozit terilar bilan solishtirganda, ular ikkita nozik, qattiq qatlam bilan o'ralgan qalin, engil yadrodan iborat bo'lgan strukturaviy shakli tufayli lateral va egilish yuklari ostida yaxshiroq ishlaydi.

Ko'plab chuqurchalar sendvich konstruksiyalarini qo'llashning ko'pligi, ularning yaxshi siqish va egiluvchan xususiyatlari tufayli samolyot konstruktsiyalarining og'irligini sezilarli darajada kamaytirdi, shuning uchun chuqurchalar sendvich tuzilmalari 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 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{5}}aramid chuqurchalari va para-aramid chuqurchalariga bo‘linadi. Mezo{8}}aramid ko'plab chuqurchalar - m-toluol dikarbonilxlorid (MDCL) va m-fenilendiamin (MPA) ning fazalararo polikondensatsiyasi yoki past haroratli eritma polikondensatsiyasi natijasida olingan meta-aramid. Bozorda eng keng tarqalgan meta{14}}aramid birinchi marta 1960-yillarda DuPont tomonidan ixtiro qilingan va foydalanishga topshirilgan. Para{17}}aramid chuqurchalar p-fenilendiamin va p-fenilendikarbonilxlorid polikondensatsiyasidan para-aramidni olish uchun, savdo nomi Kevlar. Mavjud aramid ko'plab chuqurchalar yadrosi asosan meta{22}}aramid bo'lib, para-aramidning tadqiqoti 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 chuqurchalar xujayrasi alyuminiy chuqurchaga qaraganda qalinroqdir.Nomex chuqurchalarini tayyorlash to'qqiz jarayondan iborat: aramid qog'ozini yopishtirish, laminatlash, presslash, kesish, cho'zish, o'lchamlarni kesish, dislash va. 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 standart talablarga javob beradi. 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 siqilish qarshiligi va kesish 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 odatda 2-jadvalda ko'rsatilganidek, epoksi qatronli struktura yopishtiruvchi ishlatiladi. 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 haroratli qatronlar tizimini ishlab chiqdi, masalan, BA9913, BA9916, SY-304 va boshqalar.

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 fyuzelaj 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{1}}samolyot dozasi, uning uyali sendvich strukturasi miqdori 4000 m ni tashkil etdi.², asosan katta{0}}oʻlchamli konstruktiv komponentlar, jumladan, qorin pardasi, pol qoplamasi va hokazolar uchun ishlatiladi. Va taxta asosan MC GillCorp kompaniyasining Gillfab4909 sendvich panellaridan tayyorlanadi. Kevlar chuqurchalari. Airbus A380 ning pol konstruktsiyasi ko'p sonli Nomex chuqurchalar sendvich kompozitlaridan iborat bo'lib, ular A380 ning 20 000 soatlik ishlash muddatiga erishishga imkon beruvchi ajoyib materiallar bo'lib, samolyot 10 yildan ortiq xizmat qilishini ta'minlaydi. 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, avtomashinalar va oldingi qo'nish moslamasi eshiklari, ba'zi aileronlar va rullar hali ham sendvich konstruksiyadan qilingan, qolganlari esa monolit konstruktsiyalardir.

Shakl. 2 ATR72 kompozitlarining qo'llanilishi

(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 ko'plab 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 FAA-sertifikatiga ega birinchi kompozit fuselajli reaktiv biznes-jet boʻlib, butun fyuzelaj koʻplab chuqurchalar sendvich konstruksiyali uglerod panellaridan tayyorlangan, umumiy qalinligi 20,6 mm, korpusda an'anaviy alyuminiy tuzilmaga qaraganda ferma va romlar yoʻq, boʻsh joy ogʻirligi va idishni 1% ga 25% ga oshdi. Hozirda ishlab chiqarilayotgan Hawker 4000 samolyotining fyuzelyaji konstruksiyasi qanotlari bilan bog‘langan uchta barrel konstruksiyalaridan iborat bo‘lib, bochkalar chuqurchali sendvich konstruksiyalardan iborat bo‘lib, po‘stlog‘i 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 samolyot qismlari kabi samolyot qismlari uchun ko'plab ilovalarda qo'llaniladi.

AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co., Ltd. va boshqa birliklari tomonidan ishlab chiqarilgan 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 (fuselaj panellari, pollar, quyruq nurlari va boshqalar) og'irligini sezilarli darajada yaxshilaydi. komponentlarning charchoq kuchi 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 ko'plab chuqurchalar yadro materiallarining miqdori 200 m2 dan ortiq va uning qamrov maydoni butun fyuzelyajning taxminan 80% ni tashkil qiladi, bu hozirgi vaqtda Xitoyda Nomex chuqurchalar sendvich strukturaviy kompozitsiyalaridan eng ko'p foydalanadigan samolyot turlaridan biridir.

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

4.1 Samolyot yo'lovchilari 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 chuqurchalar yadrolari bo'lgan shisha tolali/Kevlar49 kompozitlari bo'lib, 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 prepregdir. 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{4}}aramid ko'plab chuqurchalar uchun yadro, epoksi tizimining yopishtiruvchi plyonka tanlash. Butun sendvich strukturasining qalinligi 12,6 mm, yuqori panelning qalinligi 1,27 mm va pastki panelning qalinligi 0,508 mm. Gillfab4223 sendvich tuzilishi Airbus A318/ A319/ A320/ A321/ A330/ A340/ A300/ A310/ A300-600 da ishlatiladi. 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 yuk pollari nisbatan sodda tuzilma bo‘lib, tashqi po‘stlog‘i yuqori samarali termoplastik kompozitlardan va Nomex chuqurchalar yadrosidan iborat bo‘lgan kompozit sendvich konstruksiyadir. Teri va yadro epoksi plyonka bilan yopishtirilgan.

Nomex ko'plab chuqurchalar sendvich konstruktsiyasining ma'lum bir modelining yuk saqlash qavati Niu Fangxu va boshqalar tomonidan panelning xom ashyosi sifatida{0}}o'z-o'zidan yasalgan shisha tolali mustahkamlangan fenolik qatron prepreg yordamida issiq presslash orqali tayyorlangan. Beijing Glass Steel Institute Composites Ltd kompaniyasining 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 chuqurchalar bilan qoplangan panellarning olovga chidamli xususiyatlariga ta'sir qiluvchi omillar. Natijalar shuni ko'rsatadiki, o'z-o'zidan tayyorlangan prepreg bilan tayyorlangan yuk bo'limi polining mexanik xususiyatlari a'lo darajada bo'lib, 4348N gacha bo'lgan uzun nurning eng yuqori yuki, 445N yukda atigi 6,79 mm egilish, 17,1J gacha ta'sir ko'rsatish va g'altakning shilinish kuchi {660 mm va {614 mm ga etadi. bir vaqtning o'zida, otashga chidamlilik bo'yicha qat'iy talablarga javob beradi, bu esa samolyotning ommaviy yuk maydoni uchun taxta materiallarini mahalliy 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 tipik samolyot konstruktsiyalarida qo'llashni yanada chuqurlashtiradi va mahalliy C919/C929 samolyotlarini ishlab chiqish va ishlab chiqarish bilan birga, samolyot pollari uchun kompozit sendvich konstruktsiyani keng qo'llash istiqbollariga ega degan xulosaga keladi.(Manba: Fiber Composites)