Aplikasyon pou estrikti konpoze honeycomb sandwich nan avyon sivil

Résumé:Konpoze estrikti sandwich siwo myèl yo itilize nan yon gwo kantite aplikasyon nan jaden an nan avyon sivil, ki karakterize pa gwo fòs, segondè rèd espesifik, dansite ki ba, bon konpresiv ak pwopriyete flechir, elatriye Pati aplikasyon yo gen ladan fuselage, kouvèti motè, karen, kale, kouvèti antèn, kwen dirijan ak sou sa. Gwo kantite aplikasyon pou estrikti sandwich siwo myèl siyifikativman diminye pwa estrikti avyon an. Avèk pwogrè nan pwosesis bòdi ak amelyorasyon nan pwopriyete materyèl, estrikti sandwich siwo myèl piti piti aplike nan etaj la ak lòt estrikti prensipal kote yo pote. Papye sa a premyèman analize pwogrè rechèch la ak pwosesis devlopman nan estrikti sandwich siwo myèl. Dezyèmman, li rezoud aplikasyon an nan estrikti sandwich siwo myèl sou konpozan avyon tipik. Finalman, li prezante estati aktyèl la nan aplikasyon an nan estrikti sandwich siwo myèl sou planche a nan avyon sivil.

001 Entwodiksyon

Avèk devlopman sosyo-ekonomik la, gen de travay fè fas a domèn transpò, espesyalman transpò lè: rediksyon pwa an jeneral nan estrikti ak pwoblèm nan nan benefis ki gen rapò dirèkteman ak rediksyon pwa - rediksyon nan konsomasyon gaz. Pwa estriktirèl ak konsomasyon gaz yo patikilyèman enpòtan nan domèn aviyasyon an. Kounye a, estrikti sandwich siwo myèl yo lajman ki itilize nan fuselages, kale, zèl, ke, planche, karen ak kouvèti antèn nan endistri aviyasyon an. Estrikti sandwich siwo myèl ofri yon bon rapò fòs-a-pwa. Konpare ak po konpoze, yo fè pi byen anba chaj lateral ak koube akòz fòm estriktirèl yo, ki gen ladann yon nwayo epè, ki lejè antoure pa de kouch mens, rijid.

Gwo kantite aplikasyon pou estrikti sandwich siwo myèl siyifikativman redwi pwa nan estrikti avyon, gras a bon pwopriyete konpresiv ak flexural yo, tèlman bagay ke estrikti sandwich siwo myèl yo piti piti deplase nan direksyon pou estrikti portant prensipal tankou planche. Se kontni an nan papye sa a sitou divize an twa pati: premyèman, li analize pwogrè rechèch la ak pwosesis devlopman nan estrikti sandwich siwo myèl; Dezyèmman, li konbine aplikasyon an nan estrikti sandwich siwo myèl sou konpozan avyon tipik ak modèl yo itilize kounye a; finalman, li entwodui estati aktyèl la nan aplikasyon an nan estrikti sandwich siwo myèl sou planche yo nan avyon sivil.

002 Estrikti Sandwich Honeycomb

Estrikti sandwich siwo myèl, ki premye soti nan byonik, karakterize pa gwo fòs espesifik, segondè rèd espesifik, ak pwa limyè konpare ak menm kalite materyèl solid, e konsa yo te lajman itilize nan avyasyon, transpò, ak lòt jaden. Estrikti sandwich siwo myèl konpoze an ka efektivman amelyore rèd koube a ak amelyore kapasite nan kenbe tèt ak moman koube ak presyon ak yon ogmantasyon pwa piti anpil, fè li yon estrikti ki pi lejè ideyal pou avyasyon.

Estrikti sandwich siwo myèl konpoze konpoze de twa eleman: panno, nwayo siwo myèl ak adezif.

(1) Panel. Panèl la se pati prensipal chaj-pote nan estrikti sandwich la. Konpare ak materyèl debaz la, materyèl panèl la karakterize pa dansite segondè, modil segondè ak fòs segondè. Materyèl panèl konpoze se anjeneral alyaj aliminyòm, alyaj Titàn, vè fib ranfòse plastik ak lòt materyèl. Pifò nan tep unidireksyon oswa konpoze twal nan fib kabòn oswa fib vè yo kounye a yo itilize nan estrikti ayewospasyal.

(2) Nwayo Honeycomb. Pèfòmans estrikti sandwich siwo myèl ak jeyometri siwo myèl yo gen rapò ak materyèl nwayo siwo myèl. An jeneral, nwayo siwo myèl yo disponib kòm nwayo siwo myèl aliminyòm, nwayo siwo myèl aramid, nwayo siwo myèl vèr, elatriye selon materyèl la. Aramid siwo myèl divize an siwo myèl meta-aramid ak para-aramid siwo myèl. Meso-aramid siwo myèl se yon meta-aramid ki te jwenn nan polikondansasyon entèfas oswa polikondansasyon solisyon ba-tanperati nan m-toluèn dicarbonyl klori (MDCL) ak m-phenylenediamine (MPA). Ki pi komen sou mache a se meta-aramid premye envante ak mete nan itilize pa DuPont nan ane 1960 yo. Para-aramid siwo myèl se p-phenylenediamine ak polikondansasyon klori p-phenylenedicarbonyl pou jwenn para-aramid, non komès Kevlar. Nwayo siwo myèl aramid ki deja egziste a se sitou meta-aramid, ak rechèch la nan para-aramid se yon ti kras. Modèl aplikasyon prensipal yo montre nan tablo 1. Aramid papye siwo myèl (NOMEX siwo myèl) fèt ak papye aramid mouye ak résine fenolik. Konpare ak siwo myèl aliminyòm, siwo myèl aramid se pi plis rezistan nan enstabilite lokal paske selil la siwo myèl nan siwo myèl aramid se pi epè pase sa yo ki nan siwo myèl aliminyòm. etann, dimensionnement, tranpe, geri, ak tranche. AVIC Composites co, Ltd te amelyore pwosesis la kolan plonje nan siwo myèl aramid, konkli paramèt yo pwosesis tankou selil ak epesè papye, ak dedwi fòmil la anpirik pou kontwòl dansite. Suzhou Fanglei Honeycomb Composites Co, Ltd sèvi ak papye aramid domestik pou prepare siwo myèl, pwopriyete konpresiv ak taye yo te kapab satisfè kondisyon ki nan HB5435-89 ak BMS8-124, pwopriyete dyelèktrik ak rezistan flanm dife tou satisfè kondisyon estanda yo. Meishi, yon sipòtè de Yantai Spandex Group Co, Ltd Lachin nan te prepare diferan kalite nwayo siwo myèl soti nan papye meta-aramid li yo atravè yon seri de pwosesis ki gen matirite. Rezistans konpresyon nan avyon an ak rezistans taye nan nwayo li yo ak estrikti sandwich nan tanperati chanm yo kapab rive jwenn valè endèks yo nan estanda Boeing BMS8-124, epi yo ka satisfè kondisyon itilizasyon pwopriyete mekanik yo.

Tab.1 Modèl aplikasyon prensipal nan kalite siwo myèl

(3) Adezif. Adezif ki itilize pou estrikti sandwich aviyasyon siwo myèl se nòmalman yon adezif estriktirèl. Adhésifs estriktirèl yo se moun ki ka kenbe tèt ak fòs konsiderab nan yon peryòd de tan Predetermined, nan anviwònman an kote yo itilize yo, epi yo gen yon fòs ak lavi sèvis dirab ki matche ak sa yo ki nan objè a kote yo respekte. Dapre matris la résine jeneralman divize an twa kategori pi gwo. Premye epoksidik la, résine epoksidik la gen avantaj ki genyen nan atizan konn fè ekselan, peryòd aplikasyon long, ak pi wo rezistans tanperati ki rive jiska 232 degre; Dezyèm kategori a se bismaleimid la, ki ka rive nan tanperati ki gen plis pase 232 degre, epi li se sitou itilize nan avyon militè ak tanperati ki pi wo; Twazyèm lan se kalite ester cyanoacid, ki gen ekselan rezistans nan tanperati, ak dielectricity, ak rezistans nan chalè ak imidite, kidonk li se sitou itilize nan eleman ki gen kondisyon pèfòmans elektrik nan eleman yo. Aviyasyon souvan itilize adezif estriktirèl résine epoksidik jan yo montre nan tablo 2. Etazini Hexcel, Cytec ak lòt konpayi yo te devlope yon varyete de itilizasyon sistèm materyèl la, ak nan dènye ane yo domestik AVIC Composite Konpayi an te devlope tou yon tanperati mwayen ak segondè. sistèm résine, tankou BA9913, BA9916, SY-24C-300 ak sou sa.

Tab.2 Domestik ak etranje avyasyon adezif estriktirèl

003 Estrikti sandwich Honeycomb sou konpozan avyon tipik

Osi lwen ke gwo avyon sivil yo konsène, Boeing 747 la (premye vole sou 9 fevriye 1969) te fèt ak yon gwo pousantaj nan konstriksyon sandwich (Figi 1). Li gen apeprè mwatye nan sifas zèl la, ki gen ladan kwen dirijan ak fin, ki fèt ak vèr ak siwo myèl Nomex. Nan Boeing 747 la, koki silendrik fuselage a se sitou Nomex siwo myèl, ak etaj la, panno bò, bwat fatra anlè, ak plafon yo tou te fè nan siwo myèl. Pifò nan vole yo te fè nan menm estrikti siwo myèl la, men yo tou itilize siwo myèl aliminyòm ak po. Aplikasyon pou estrikti sandwich honeycomb sou B787 la gen ladan yo rudder, asansè, pwent zèl, ak nacelles motè. Pami yo, nacelles motè yo ak reverseur poussée yo fèt ak HexWeb siwo myèl ak HexPly8552/AS4 prepreg. Avèk avantaj ki genyen nan pwa limyè ak rèd segondè, osi byen ke absòpsyon acoustic, HexWeb siwo myèl te itilize pa tout gwo manifaktirè motè nan mond lan. Pou Boeing 707, sèlman 8% se siwo myèl, ak pou Boeing 757/46 ki pi nouvo, 46% se siwo myèl.

Fig.1 Ilistrasyon yon pòsyon aplikasyon estrikti sandwich B747 (zòn ble)

Estrikti sandwich siwo myèl nan aplikasyon an nan gwo avyon sivil se pi bonè a nan Airbus A310 rudder avyon an, ak Lè sa a, yo itilize nan A320, A340 rudder la. Pi gwo estrikti sandwich siwo myèl la se rudder A340, ak yon zòn 15.3 m.²nan estrikti sandwich siwo myèl.Pi gwo dòz yon sèl-avyon pou avyon A380 la, kantite lajan an nan estrikti sandwich siwo myèl li yo te montan a 4,000 m², pwensipalman te itilize pou gwo-gwosè konpozan estriktirèl, ki gen ladan karen nan vant, planche, elatriye. Ak planche a se sitou te fè nan Gillfab4909 panno sandwich nan MC GillCorp. Kevlar siwo myèl. Estrikti etaj la sou èrbus A380 la fèt ak yon gwo kantite konpoze sandwich siwo myèl Nomex, ki se materyèl ekselan ki pèmèt A380 a rive nan yon lavi opere nan 20, 000 èdtan, asire ke avyon an ka nan sèvis. pou plis pase 10 ane. Depi lè sa a, itilizasyon konpoze yo te ogmante anpil, espesyalman ak ATR72, ki te premye avyon sivil ki te sètifye ak yon estrikti debaz kabòn (bwat zèl) (gade Figi 2). Jan yo montre nan Figi 3, pwopòsyon materyèl sandwich nan estrikti segondè yo te diminye. Pou A380 a, Boeing 787 oswa èrbus A350, sèlman karen vant la, nacelles yo ak pòt aterisaj devan yo, kèk elon ak rudders yo toujou fèt nan konstriksyon sandwich, rès la yo te oto-ranfòse estrikti monolitik.

Fig. 2 Aplikasyon konpoze ATR72

(a) Estrikti sandwich A380 (b) Estrikti sandwich A350 ak B787 seri konpoze estrikti

Fig frans.3 Dyagram èstrikti sandwich avyon

Konpare ak avyon sivil, aplikasyon an nan estrikti sandwich siwo myèl nan avyon jeneral se sitou manifeste nan itilize nan fuselage a, tankou HawkerBeechcraf a PremierI, Hawker 4000 ak "Pwemye Minis" IA avyon, Bombardier Aerospace Learjet 85 avyon ak sou sa. PremierI se premye FAA-sètifye tout-konpoze fuselage jè biznis jè a, tout fuselage a fèt ak panno kabòn nan estrikti sandwich siwo myèl, epesè an jeneral nan 20.6mm, fuselage a se gratis nan bastengal ak ankadreman, pase estrikti nan aliminyòm tradisyonèl yo. redwi pwa a nan 25%, ak ogmante pa 13% nan espas ki la kabin. Estrikti fuselage nan avyon Hawker 4000 la kounye a nan pwodiksyon konsiste de twa estrikti barik ki konekte nan zèl yo, barik yo se estrikti sandwich siwo myèl, ak po a mete lè l sèvi avèk Viper machin otomatik pou mete fil MAG Cincinnati a. Konpozan konpoze estrikti sandwich Nomex siwo myèl yo te itilize nan yon gwo kantite aplikasyon nan Larisi pou konpozan avyon tankou volets, ailerons, panno miray fuselage, motè, kabin, lòj kago, ke orizontal, kwen zèl dirijan, travès ke rotor elikoptè ak lòt avyon. konpozan.

Pwodiksyon domestik la pa AVIC Harbin Avyon Industry Group Co, Ltd ak lòt inite nan yon gwo kantite materyèl résine matris konpoze (tankou drogue, pedal, plat ke ak rotor, elatriye) ak Nomex siwo myèl sandwich estrikti materyèl konpoze (fuselage). panno, planche, travès ke, elatriye), ki siyifikativman diminye pwa nan fuselage an jeneral, amelyore fòs nan fatig nan eleman yo, ak amelyore karakteristik aerodinamik pou amelyore kalite vòl nan elikoptè a. Li estime ke, anplis motè a ak tren kondwi, prèske 300 pati avyon yo te fè nan konpoze sandwich Nomex siwo myèl. Tout pati yo sèvi ak materyèl debaz Nomex siwo myèl nan 3 dansite ak 12 espesifikasyon. Kantite materyèl debaz Nomex siwo myèl nan tout fuselage a se plis pase 200m2, ak zòn pwoteksyon li yo konte pou apeprè 80% nan fuselage antye a, ki se youn nan kalite avyon ki itilize konpoze estriktirèl sandwich Nomex siwo myèl pi plis nan Lachin kounye a. .

004 Aplikasyon estrikti sandwich siwo myèl sou planche avyon sivil

4.1 Estati rechèch nan Planche pasaje avyon ak kago

Planche avyon konvansyonèl etaj pasaje yo ak kago yo konstwi an metal. Chak etaj gen dè santèn de rivets ak vis, men tou, bezwen sèvi ak kousinen elastik ak izolasyon estrikti fuselage, ak Se poutèt sa chè. Ak itilizasyon materyèl konpoze ka anpil amelyore estrikti etaj la nan fòs la, rèd, fatig ak rezistans korozyon, ka diminye konektè yo pa yon lòd nan grandè, epi li ka siyifikativman diminye pwa nan estrikti etaj la.

Se panèl la nan estrikti a sandwich konpoze nan etaj la avyon an anjeneral te fè nan prepreg fib vè, fib kabòn ak prepreg Kevlar, ak matris la chwazi nan résine epoksidik oswa résine fenolik. Nwayo siwo myèl yo souvan itilize ak siwo myèl Nomex.

Fig frans.4 Plancher lòj pasaje avyon ak kago

4.2 Aplikasyon estrikti sandwich sou planche yo

Prensipal etaj kabin nan elikoptè sivil Chinook Modèl 234 Boeing a mezire 2.5mx 2.2m chak epi li konsiste de kat panno. Panno yo se fib vèr / Kevlar49 konpoze ak nwayo siwo myèl Nomex, ak etaj la sandwich gen kat kouch anwo ak pi ba panèl layups chak, simetrik nwayo a siwo myèl nan mitan an. Premye ak dezyèm kouch yo se 0 degre fib prepreg, ak twazyèm ak katriyèm kouch yo se 0 degre prepreg fib Kevlar49. Nwayo Nomex la gen yon wotè 38mm, longè selil 2mm, ak yon dansite 48kg/m3. Panno yo ak nwayo a kole ansanm ak fim adezif EA9. Se estrikti sandwich konpoze tou chwazi pou etaj la kabin nan Boeing 777, Boeing 787 Dreamliner ak lòt modèl avyon.

MC GillCorp. pwodiksyon Gillfab4223 seleksyon panèl estrikti sandwich nan twal vèr, matris pou résine fenolik la, nwayo pou GillcoreHD meta-aramid siwo myèl, seleksyon fim adezif nan sistèm epoksidik. Epesè tout estrikti sandwich la se 12.6mm, epesè panèl anwo a se 1.27mm, ak epesè panèl ki pi ba a se 0.508mm. Estrikti sandwich Gillfab4223 yo itilize nan èrbus A318/A319/A320/A321/A330/A340/A300/A310/A300-600. MC GillCorp. pwodiksyon de Gillfab4505 sandwich estrikti seleksyon panèl fib kabòn senti unidireksyon (kouch sifas la pou prepreg fib vè), matris la pou résine fenolik la, nwayo a pou GillcoreHD meta-aramid siwo myèl, seleksyon fim adezif nan sistèm epoksidik. Epesè tout estrikti sandwich la se 9.5mm, ak epesè panno anwo ak pi ba yo se 0.5mm. Gillfab4505 sandwich estrikti yo itilize nan èrbus A318/A319/A320/A321/A330/A340.

Etaj kago Fokker 100 a se yon estrikti relativman senp, ki se yon estrikti sandwich konpoze ak yon po ekstèn nan fèy konpoze tèmoplastik pèfòmans-wo ak yon nwayo nan siwo myèl Nomex. Po a ak nwayo a kole ansanm ak yon fim epoksidik.

Kago kenbe etaj la nan yon modèl sèten nan estrikti sandwich Nomex siwo myèl te prepare pa bòdi laprès cho lè l sèvi avèk pwòp tèt ou-fè fib vè ranfòse fenolik prepreg résine kòm materyèl la anvan tout koreksyon nan panèl la pa Niu Fangxu et al. nan Beijing Glass Steel Institute Composites Ltd. Pwopriyete mekanik ak pwopriyete rezistan flanm dife nan etaj la te evalye sistematikman, ak efè yo nan kalite prepreg, tanperati geri, ak pwosesis bòdi sou pwopriyete yo mekanik nan panno yo siwo myèl yo te analize, ak faktè sa yo enfliyanse. nan pwopriyete yo ignifuge flanm dife nan panno yo siwo myèl yo te etidye. Rezilta yo montre ke pwopriyete yo mekanik nan etaj la lòj kago prepare ak pwòp tèt ou-fè prepreg yo ekselan, ak chaj la ultim nan koube gwo bout bwa long jiska 4348N, devyasyon nan sèlman 6.79mm nan yon chaj nan 445N, pèfòmans nan enpak jiska 17.1J, ak fòs dekale roulo jiska 66.4N-mm / mm, ak an menm tan an, satisfè kondisyon ki strik pou ignifuge flanm dife, ki ka reyalize sibstitisyon an lokalize nan materyèl yo planche pou zòn nan kago esansyèl nan avyon an.

005 Konklizyon

Estrikti sandwich siwo myèl ak fòs segondè, segondè rèd espesifik ak dansite ki ba, benefisye de bon pwopriyete konpresiv ak flexural li yo, yo te itilize nan yon gwo kantite aplikasyon nan jaden an nan avyon sivil. Papye sa a analize pwogrè rechèch la ak sitiyasyon devlopman nan estrikti sandwich siwo myèl, plis peny aplikasyon li sou estrikti avyon tipik, ak konkli ke ak devlopman ak pwodiksyon nan avyon domestik C919 / C929, estrikti sandwich konpoze pou planche avyon gen yon pakèt aplikasyon. perspectives.(Sous: Fibre Composites)