I. Površinski materiali
Večina satjastih struktur, ki se uporabljajo pri gradnji letal, ima površinske materiale iz aluminija, steklenih vlaken, kevlar® ali ogljikovih vlaken. Površinskih plošč iz ogljikovih vlaken ni mogoče uporabiti z aluminijastimi satnimi jedri, ker povzročajo korozijo aluminija. Titan in jeklo se uporabljata za posebne aplikacije v visokotemperaturnih strukturah. Materiali oblog za številne komponente, kot so spojlerji in krmilniki leta, so zelo tanki, včasih le 3 do 4 debeline (kar pomeni mm). Parametrična poročila so pokazala, da te obrnjene plošče nimajo dobre odpornosti na udarce.
Ⅱ. Osnovni materiali
2.1 Satovo jedro
Vsak material jedra satja ima lahko določene dobre lastnosti. Kot je prikazano na sliki 19, je najpogostejši material jedra, ki se uporablja za satjaste strukture letal, aramidni papir (Nomex® ali Korex®). Steklena vlakna se uporabljajo za aplikacije z večjo trdnostjo.
Slika 19: Materiali za jedro satja
-Kraft papir – njegova trdnost je relativno nizka, uporablja se v velikih količinah zaradi dobrih izolacijskih lastnosti in nizkih stroškov.
-Termoplastika - njegova toplotna masa dobro izolira, dobro vpija ali jo je mogoče ponastaviti za orientacijo, odpornost na vlago in kemikalije. Je okolju prijazen, estetsko prijeten in relativno poceni.
Aluminij - optimalna trdnost, visoko razmerje med težo in težo ter absorpcijo energije, dobre lastnosti prenosa toplote, elektromagnetne zaščitne lastnosti, enostavna obdelava, relativno nizki stroški.
-Jeklo - Dobre lastnosti prenosa toplote, lastnosti elektromagnetne zaščite in toplotna odpornost.
- Posebne kovine (titan) - z relativno visoko trdnostjo, masnim razmerjem, dobrim prenosom toplote, kemično odpornostjo in toplotno odpornostjo na visoke temperature.
- Aramidni papir - Odporen proti ognju, zaviralec gorenja, dobre izolacijske lastnosti, nizke dielektrične lastnosti in enostavno oblikovanje.
-Steklena vlakna- ima enostavno striženje, nizko dielektričnost, dobro izolacijo in enostavno oblikovanje.
-Ogljikova vlakna - ohranjajo stabilnost ogljika, visoko temperaturo, visoko togost in zelo nizek koeficient toplotnega raztezanja, enostaven za nadzor toplotne prevodnosti, strižni modul je relativno visok, vendar drag.
-Keramika - dobra toplotna odpornost pri visokih temperaturah, dobra izolacija in zelo majhna celična struktura, vendar draga.
Satovja jedra za uporabo v vesolju so običajno šestkotna. Ta jedra so izdelana iz posebej pozicioniranih zlepljenih zloženih tankih plošč. Zloženi listi so raztegnjeni v šesterokotno obliko. Tisti, ki se raztezajo v vodoravni smeri, se imenujejo tračna smer.
Dihotomno šesterokotno jedro ima še eno plast materiala, prečno vrezano v vsak šestkotnik. Dihroično satje je trše in močnejše od šesterokotnega jedra. Preveč raztegnjeno jedro je narejeno z razširitvijo papirja, da nastanejo šesterokotniki. Prenapeta jedra imajo pravokotno jedro. Preveč raztegnjena jedra so upogljiva pravokotno na smer pasu z uporabo preprostih krivulj. Jedro v obliki zvona ali ukrivljeno jedro ima ukrivljen material jedra, ki omogoča prožnost v vse smeri. Jedrna jedra v obliki zvona se uporabljajo v smeri plošč s kompleksnimi krivuljami.
Satovja jedra so na voljo v različnih velikostih jeder. Manjše velikosti zagotavljajo večjo trdnost za trdnost sendvič plošč. Tudi sredice satja so različnih gostot. Jedra satja z večjo gostoto so trša in močnejša od jeder z manjšo gostoto. Kot je prikazano na sliki 20.
Slika 20: Jedro satja
2.2 Pena
Jedro iz pene se uporablja v stanovanjski gradnji in lahkih letalih za zagotavljanje podpore in oblike konic kril, krmilnikov leta, delov trupa, kril in reber kril. Jedro iz pene se običajno ne uporablja v komercialnih letalih. Pena je običajno težja in manj robustna od satja. Različne pene, ki se lahko uporabljajo kot material jedra, vključujejo:
- Polistiren (bolj znan kot polistirenska pena) - Polistirenska pena za vesoljsko uporabo s tesno zaprto strukturo celičnega jedra brez praznin med celicami; visoka tlačna trdnost in dobra odpornost proti prodoru vode; se lahko razreže z vročo žico in naredi v obliki kril.
-Fenolni - Dobra požarna odpornost, lahko ima zelo nizko gostoto, vendar so njegove mehanske lastnosti relativno nizke.
-Poliuretan - uporablja se pri proizvodnji trupov, konic kril in drugih ukrivljenih delov za majhna letala; relativno poceni, ognjevarno in združljivo z večino lepil; poliuretanske pene ni mogoče rezati z vročo žico; enostavno konturiranje z velikimi noži in opremo za brušenje.
-Polipropilen - Uporablja se za ustvarjanje krilatih oblik; lahko se reže z vročo žico; združljiv z večino lepil in epoksi smol; ni za uporabo s poliestrskimi smolami, topnimi v gorivih in topilih.
- Polivinil klorid (PVC) (Divinycell, Klegecell in Airex) - Je zaprtocelična pena srednje do visoke gostote z visoko tlačno trdnostjo, vzdržljivostjo in odlično požarno odpornostjo; se lahko vakuumsko oblikuje v kompozitne oblike in oblikuje s termoformiranjem; združljiv s poliestrom, vinil estrom in epoksi smolami.
-Poli(metakrilimid) (Rohacell) - zaprtocelična pena za lahke sendvič strukture; odlične mehanske lastnosti, stabilen pri visokih temperaturah, dobra odpornost na topila, izjemna odpornost na lezenje in stiskanje; dražji od drugih vrst pen, vendar z odličnimi mehanskimi lastnostmi.
III. Poškodbe pri izdelavi in uporabi
3.1 Proizvodne napake
Proizvodne napake vključujejo:
-Delaminacija (razslojevanje)
- Območja pomanjkanja smole
- Območja odvečne smole
- Žulji, mehurčki
- Gube
-Votline
-Termična razgradnja
Poškodbe pri izdelavi zajemajo anomalije, kot so poroznost, mikro razpoke in razslojevanje, ki jih povzročajo razlike v obdelavi. Vključuje tudi zadeve, kot so nenamerni rezi na robovih, površinske vdolbine in praske, poškodovane luknje za pritrdilne elemente in poškodbe zaradi udarcev. Primeri napak, ki se pojavijo med proizvodnim postopkom, vključujejo onesnažene vezne površine ali vključke, kot so prepreg obloge ali ločilne folije, ki nenamerno ostanejo med plastmi med postopkom polaganja. Med sestavljanjem, transportom ali ravnanjem lahko pride do nenamerne (neobdelovalne) poškodbe detajlov ali komponent.
Če je v delu uporabljenih preveč smole, je lahko preobremenjen s smolo, kar ni nujno slabo za nekonstrukcijske aplikacije, vendar dodaja težo. Če med postopkom utrjevanja zmanjka preveč smole ali če se med postopkom mokrega polaganja ne nanese dovolj smole, se reče, da del nima smole. Območja, prikrajšana za smolo, se razkrijejo na površini vlaken. Razmerje med vlakni in smolo 60:40 velja za optimalno.
Viri proizvodnih napak vključujejo:
-Nepravilno sušenje ali obdelava
- Nepravilna obdelava
- Nepravilno ravnanje
- Nepravilno vrtanje
- Kaplja iz orodja
-Kontaminacija
-Nepravilno brušenje
-Nekvalificirani materiali
- Neustrezna orodja
- Težave z izvrtino gredi ali detajli
Pri strukturnih konfiguracijah kompozitov lahko pride do poškodb v več slojih. To sega od poškodbe matrice in vlaken do odpovedi zlomljenih elementov in pritrjenih ali vijačenih priključkov. Stopnja poškodbe nadzira življenjsko dobo pri ponavljajočih se obremenitvah in preostalo trdnost ter je ključnega pomena za toleranco poškodb.
3.2 Zlom vlaken
Lom vlaken je lahko kritičen, ker so strukture običajno zasnovane tako, da v njih prevladujejo vlakna (tj. vlakna nosijo večino obremenitve). Na srečo je prelom vlaken običajno omejen na območje blizu točke udarca in je omejen z velikostjo in energijo predmeta udarca. Samo nekaj elementov prejšnje enote, povezanih s storitvijo, lahko povzroči obsežno poškodbo vlaken.
3.3 Podstandardna matrica (nehomogena celica)
Okvare matrice se običajno pojavijo na vmesniku matrica-vlakno ali na matrici, ki je vzporedna z vlakni. Te napake nekoliko poslabšajo nekatere lastnosti materiala, vendar imajo le redko kritičen učinek na strukturo, razen če je degradacija matrice razširjena.
Kopičenje razpok v matrici lahko povzroči degradacijo lastnosti, v katerih prevladuje matrika. Pri laminatih, ki so zasnovani za prenos obremenitev z vlakni (prevladujejo vlakna), opazimo le manjšo degradacijo lastnosti, ko je matrika resno poškodovana. Pokanje matriksa ali mikrorazpoke lahko znatno poslabšajo lastnosti, odvisne od smole ali vmesnika vlakno-smola, kot sta interlaminarni strig in tlačna trdnost. Mikrorazpoke lahko zelo škodljivo vplivajo na delovanje visokotemperaturnih smol. Okvare matriksa se lahko razvijejo v delaminacije, hujšo vrsto poškodbe.
3.4 Razslojevanje in odlepljanje
Delaminacija nastane na vmesniku med plastmi v laminatu. Delaminacije lahko nastanejo zaradi razpok matriksa ali nizkoenergijskih udarcev, ki segajo od osnove do vmesnega sloja. Vezi lahko nastanejo tudi s proizvodnim postopkom vzdolž vezne črte med dvema elementoma in se začnejo delaminirati (delaminirati) v sosednjih laminatih. Pod določenimi pogoji lahko pride do delaminacije ali lepljenja med ponavljajočimi se obremenitvami in lahko povzroči katastrofalno škodo, ko je laminat obremenjen. Kritičnost delaminacije ali lepljenja je odvisna od:
-Dimenzije.
-Število razslojev na določeni lokaciji.
-Lokacija - v debelini laminata, v strukturi, v bližini prostih robov, območij koncentracije napetosti, geometrijskih prekinitev itd.
- Obremenitve - obnašanje delaminacije in lepljenja je odvisno od vrste obremenitve. Imajo majhen vpliv na odziv nateznega laminata. Vendar pa se lahko pri tlačni ali strižni obremenitvi podplasti, ki mejijo na razslojene ali olupljene enote, upognejo in povzročijo mehanizme za prerazporeditev obremenitev, ki lahko vodijo do strukturnih poškodb.
3.5 Kombinacije poškodb
Na splošno lahko udarci povzročijo različno škodo. Visokoenergetski udarci velikih predmetov (npr. turbinskih lopatic) lahko povzročijo drobljenje komponent ali okvaro pritrditve. Posledična škoda lahko vključuje precejšnjo okvaro vlaken, pokanje matrike, razslojevanje, zlom pritrdilnih elementov in odstranjene komponente. Poškodbe zaradi nizkoenergijskih udarcev je lažje nadzorovati, vendar lahko vključujejo tudi kombinacijo lomljenja vlaken, razpok matrice in večkratnih razslojev.
3.6 Poškodbe lukenj za pritrdilne elemente
Med proizvodnim procesom se lahko pojavijo nepravilno izvrtane luknje, slabo nameščeni pritrdilni elementi ali manjkajoči pritrdilni elementi. Med servisiranjem lahko pride do podaljšanja luknje zaradi ponavljajočih se ciklov obremenitve.
3.7 Napake pri servisiranju
Servisne napake vključujejo:
- Okoljska škoda
- Poškodbe zaradi udarca
- utrujenost
- Razpoke zaradi lokalnih preobremenitev
- Odlepljanje (lepljenje)
- Delaminacija
- Pretrganje vlaken
- korozija
Večina satjastih jedrnih struktur, kot so spojlerji kril, obloge, komande leta in vrata podvozja, ima zelo tanke površinske plošče. Ker imajo težave z vzdržljivostjo, jih lahko na splošno razvrstimo v tri skupine: nizka odpornost na udarce, vdor tekočine in erozija (korozija). Te strukture imajo ustrezno togost in trdnost, vendar so manj odporne na servisna okolja, kjer se deli plazijo, orodja odpadejo, servisno osebje pa se običajno ne zaveda ranljivosti tankoplastnih sendvič komponent. Poškodbe teh komponent, kot so zdrobitev jedra, poškodbe zaradi udarca in odmik, je običajno enostavno zaznati z vizualnim pregledom zaradi njihove tanke površine. Vendar pa jih servisno osebje včasih spregleda ali poškoduje, ker ne želi odložiti odhodov letal ali pritegniti pozornosti na nesreče, ki bi lahko vplivale na njihovo učinkovitost. Posledično poškodbe včasih ostanejo nepreverjene, kar pogosto vodi do povečane škode zaradi vstopa tekočine v jedro. Tudi neobstojni detajli oblikovanja (npr. nepravilno odrezani robovi jedra satja) lahko povzročijo vdor tekočine.
Obnova zaradi vstopa tekočin v del se lahko razlikuje od tekočine do tekočine, najpogosteje voda ali hidravlična tekočina. Voda ponavadi povzroči dodatno škodo na popravljenih delih, razen če iz dela odstranite vso vlago. Večina sistemov obnovitvenih materialov se strdi pri temperaturah nad vreliščem vode, kar lahko privede do odlepitve na meji kože in jedra, kar ima za posledico zbiranje vode povsod. Iz tega razloga se cikel sušenja jedra običajno izvede pred kakršno koli restavracijo. Nekateri operaterji naredijo dodaten korak sušenja poškodovanih, vendar nepopravljenih delov v visokotlačnem rezervoarju, da preprečijo morebitno dodatno škodo med popravilom. Hidravlična tekočina je druga stvar. Ko je jedro sendvič plošče nasičeno, je skoraj nemogoče popolnoma odstraniti hidravlično tekočino. Tudi med postopkom strjevanja bo del še naprej puščal tekočino, dokler puščajoča kontaminacija ni popolnoma odstranjena. Odstranitev kontaminiranega satja in lepila je zelo priporočljiva kot del restavracije. Kot je prikazano na sliki 21
Slika 21: Poškodba sendvič strukture satja za rad
Znano je, da imajo kompoziti manjšo erozivno sposobnost kot aluminij, zato se jih pogosto izogibajo nanašanju na površine konic. Vendar so bili kompoziti uporabljeni v zelo zapletenih geometrijah, vendar običajno v povezavi z aplikacijami protikorozijske prevleke. Nekateri premazi proti koroziji niso idealni za odpornost proti obrabi ali vzdrževanje. Druga težava, ki ni tako očitna kot prva, je erozija robov vrat ali plošč, če so izpostavljeni zračnim tokovom. Ta erozija je lahko posledica načrtovanja ali namestitve (nepravilna namestitev). Po drugi strani pa lahko kovinske strukture, ki so v stiku s temi kompozitnimi komponentami ali v njihovi bližini, pokažejo korozijsko poškodbo zaradi nepravilne izbire aluminijevih zlitin, poškodb kovinskih komponent zaradi korozije med sestavljanjem ali spajanjem, nezadostne tesnilne mase ali pomanjkanja pregrade iz steklenih vlaken na vmesniku nosilcev, reber in okovja. Kot je prikazano na sliki 22
Slika 22: Korozijska poškodba konice krila (konica)
3.8 Korozija
Večina delov iz steklenih vlaken in kevlar® ima odlično aluminijasto mrežo za zaščito pred strelo. Ta aluminijasta mreža pogosto rjavi okoli lukenj za vijake ali vijake. Korozija vpliva na električno vez plošče in zahteva odstranitev aluminijaste mreže ter namestitev nove mreže, da se ponovno vzpostavi električna vez plošče. Kot je prikazano na sliki 23
Slika 23: Korozija aluminijaste strelovodne mreže
UV žarki vplivajo na trdnost kompozitov. Kompozitne konstrukcije je treba pred vplivi UV svetlobe zaščititi s pokrivnim premazom. Za zaščito kompozitov so bili razviti posebni UV temeljni premazi in premazi.