1. Struktur sandwic
Dalam reka bentuk pesawat, adalah cabaran terbesar bagi pereka bentuk untuk menghendaki komponen yang direka bentuk seringan mungkin tanpa kehilangan kekuatan. Ini memerlukan struktur berdinding nipis direka bentuk supaya stabil di bawah tindakan gabungan beban tegangan, mampatan dan ricih. Pada masa lalu, kaedah reka bentuk struktur pesawat tradisional masih digunakan di beberapa kawasan. Kekuda panjang dan rusuk/bingkai digunakan untuk membentuk tetulang membujur dan sisi untuk meningkatkan kestabilan papan. Malah, beberapa struktur sekunder juga boleh direka bentuk dengan struktur sandwic untuk memenuhi keperluan kekuatan dan ketegaran. Struktur sandwic biasanya menggunakan bahan teras sarang lebah atau buih.
Untuk struktur airfoil dengan ketinggian struktur yang besar, panel kulit (terutamanya panel airfoil atas) yang menggunakan struktur sandwic dan bukannya panel sarang lebah boleh mengurangkan berat badan dengan ketara. Untuk struktur airfoil dengan ketinggian struktur kecil (terutamanya permukaan kawalan), ketinggian penuh Struktur sandwic dan bukannya struktur rusuk rasuk juga boleh membawa kesan pengurangan berat badan yang ketara. Kelebihan terbesar struktur sandwic ialah ia mempunyai kekakuan dan kekuatan lenturan yang lebih besar.
Struktur sandwic komposit pesawat biasanya menggunakan bahan komposit termaju sebagai panel, dan teras sandwic diperbuat daripada bahan ringan. Prestasi kekukuhan lenturan struktur sandwic bergantung terutamanya pada prestasi panel dan ketinggian antara dua lapisan panel. Semakin tinggi ketinggian, semakin besar kekakuan lenturan. Teras sandwic struktur sandwic terutamanya menanggung tegasan ricih dan menyokong panel tanpa kehilangan kestabilannya. Biasanya, daya ricih struktur jenis ini adalah kecil. Memilih bahan ringan sebagai teras sandwic boleh mengurangkan berat komponen dengan banyak. Di samping itu, pengalaman penggunaan struktur sandwic juga menunjukkan bahawa apabila menilai struktur sandwic dari aspek kos, bukan sahaja kos pembuatan mesti dipertimbangkan, tetapi juga kos seumur hidup pesawat mesti dipertimbangkan.
2. Struktur jalur bertetulang
Penggunaan pengeras juga merupakan cara paling berkesan untuk mengukuhkan panel gentian karbon/epoksi berdinding nipis, seperti panel sisi masukan enjin atau nacelle, kulit sayap dan boom ekor, dll. Penggunaan tulang rusuk boleh paling berkesan meningkatkan ketegaran dan kestabilan struktur.
3. Struktur rusuk berbentuk A yang dipenuhi buih
NASA Amerika dan Airbus Eropah, berdasarkan penggunaan struktur sandwic dan jalur terkaku selama bertahun-tahun, baru-baru ini mencadangkan struktur jalur tegar berisi buih untuk mengoptimumkan reka bentuk struktur dan proses pembuatan ke tahap yang terbaik, seperti AIRBUS A380 Rangka sfera kabin kedap udara, dsb.
Buih PMI: Buih PMI (Polymethacrylamide, polymethacrylamide) boleh menahan keperluan proses pengawetan bahan komposit suhu tinggi selepas rawatan suhu tinggi yang sesuai, yang menjadikan buih PMI digunakan secara meluas dalam bidang penerbangan. Buih PMI berketumpatan sederhana mempunyai sifat rayapan mampatan yang baik dan boleh diautoklaf pada suhu 120oC -180oC dan tekanan 0.3-0.5MPa. Buih PMI boleh memenuhi keperluan prestasi rayapan proses pengawetan prepreg biasa, dan boleh merealisasikan pengawetan bersama struktur sandwic. Sebagai bahan aeroangkasa, buih PMI ialah buih sel tertutup tegar seragam dengan saiz liang yang sama. Buih PMI juga boleh memenuhi keperluan FST. Satu lagi ciri struktur sandwic buih berbanding dengan struktur sandwic sarang lebah NOMEX® ialah rintangan kelembapannya jauh lebih baik. Kerana buih adalah sel tertutup, adalah sukar untuk kelembapan dan kelembapan memasuki teras sandwic. Walaupun struktur sandwic sarang lebah NOMEX® juga boleh dirawat bersama, ia akan mengurangkan kekuatan panel komposit. Untuk mengelakkan keruntuhan bahan teras atau peralihan sisi semasa proses pengawetan bersama, tekanan pengawetan biasanya 0.28-0.35 MPa dan bukannya 0.69 MPa lamina biasa. Ini akan menyebabkan keliangan panel komposit menjadi lebih tinggi. Di samping itu, kerana diameter liang struktur sarang lebah adalah besar, kulit hanya disokong pada dinding sarang lebah, yang akan menyebabkan gentian membengkok dan mengurangkan kekuatan lamina kulit komposit.
Berdasarkan perbandingan antara sarang lebah dan bahan teras buih, bahan buih biasanya dipilih sebagai bahan inti pengisian struktur rusuk berbentuk A. Apabila digunakan sebagai acuan teras, ia berfungsi sebagai bahan teras struktur rusuk berbentuk A. , Juga merupakan bahan bantu proses.
Buih PMI telah berjaya digunakan sebagai bahan teras buih struktur sandwic dalam pelbagai struktur pesawat. Salah satu aplikasi yang paling menonjol ialah panel sisi pengambilan udara enjin di bahagian belakang pesawat Boeing MD 11. Pemesinan ketepatan CNC dan thermoforming buih sangat mengurangkan kos meletakkan. Bahan teras buih PMI berprestasi tinggi mempunyai rintangan mampatan dan rayapan yang baik semasa proses pengawetan, supaya panel dipadatkan dan permukaannya tidak rata. Berbanding dengan teras sarang lebah, struktur liang isotropik buih PMI juga boleh memenuhi keperluan kestabilan dimensi di bawah tekanan sisi semasa proses pengawetan autoklaf. Tidak seperti struktur sarang lebah, ia tidak perlu diisi dengan buih. Di samping itu, buih boleh sama rata memindahkan tekanan autoklaf ke lapisan panel di bawah buih, menjadikannya padat, tanpa kecacatan permukaan seperti lekukan. Struktur jalur tegar jenis A yang dipenuhi buih boleh digunakan pada komponen seperti permukaan pelancaran radar, dinding nacelle, kulit fiuslaj dan penstabil menegak.
4. Aplikasi terkini pengisian buih Struktur jalur yang tegang
Rusuk yang dipenuhi buih adalah aplikasi terkini dalam struktur rangka tekanan belakang Airbus A340 dan A340-600. Setakat ini, hampir 1,700 ROHACELL® 71 WF-HT termoform dan diproses oleh CNC telah dihantar ke kilang Airbus Stade berhampiran Hamburg untuk digunakan oleh A340. Semasa proses layup dan pengawetan, buih yang terbentuk bertindak sebagai acuan teras. Semasa pengawetan, busa PMI mempunyai rintangan rayapan mampatan yang baik dan kestabilan dimensi, supaya dalam keadaan pengawetan 180oC, 0.35MPa dan 2 jam, proses pengawetan bersama struktur sandwic diguna pakai untuk mengurangkan kos. Buih PMI boleh memastikan bahawa prepreg di sekeliling rusuk dipadatkan sepenuhnya, yang boleh menjadi pengganti yang baik untuk perkakas beg udara kembung, mengelakkan beberapa masalah seperti penggunaan beg udara kembung yang memerlukan pengawetan berganda. Setakat ini, lebih daripada 170 bingkai tekanan belakang telah berjaya dihasilkan, dan tiada bahan buangan. Ini juga membuktikan kebolehpercayaan dan kebolehlaksanaan proses jalur tetulang buih PMI.
Berdasarkan kejayaan rangka tekanan belakang A340 baharu menggunakan struktur rusuk yang dipenuhi buih PMI, rangka tekanan belakang A380 turut menggunakan teknologi ini. Dalam struktur A380, rusuk buih adalah 2.5m panjang dan geometri secara relatifnya lebih rumit. Pemprosesan buih PMI dan thermoforming adalah lebih mudah, yang juga merupakan kunci kepada merealisasikan reka bentuk rusuk pengisian buih. Pada masa ini, 200 keping rusuk buih yang telah diproses telah dihantar ke kilang Airbus Stade untuk kegunaan AIRBUS A 380.
5. Analisis struktur struktur jalur tegang yang dipenuhi buih
Contoh berikut membincangkan kebolehlaksanaan bahan teras buih PMI untuk mencapai pengoptimuman kos dan berat serta memenuhi keperluan dwi dalam penggunaan rusuk berbentuk A. Ia akan dibincangkan di sini bahawa bahan teras buih bukan sahaja boleh digunakan sebagai acuan teras dalam proses peletakan dan pengawetan, tetapi juga boleh memainkan peranan struktur tertentu dalam tulang rusuk. Kerana kekuatan mampatan buih yang tinggi, ia boleh meningkatkan kestabilan struktur, mengurangkan lapisan prepreg dalam struktur sandwic, dan mencapai tujuan pengurangan berat badan.
Di bawah tindakan lenturan dan tekanan paksi, struktur komposit berdinding nipis sering mengalami kegagalan yang stabil. Kegagalan ketidakstabilan sentiasa berlaku pada bahagian mampatan sebelum bahan mencapai kekuatan kegagalan mampatan. Cara yang sangat matang dan berkesan ialah mengikat tulang rusuk pengukuh pada struktur cangkerang untuk meningkatkan keupayaan anti-kestabilan struktur cangkerang. Dinding sisi dan tepi cembung struktur rusuk berbentuk A berongga terdedah kepada ketidakstabilan, yang membawa kepada kegagalan pramatang struktur.
Berbanding dengan rusuk berbentuk A berongga, dalam rusuk yang dipenuhi buih PMI, bahan teras buih bukan sahaja berfungsi sebagai acuan teras semasa proses pembuatan, tetapi juga berfungsi sebagai bahan struktur untuk meningkatkan prestasi anti-kestabilan; Sebelum ini, kekalkan bentuk dan kekuatan struktur. Kekuatan mampatan dalam satah jalur bertetulang A yang dipenuhi buih dibandingkan dengan jalur bertetulang berongga. Apabila struktur mengalami ketidakstabilan awal, beban ketidakstabilan meningkat kira-kira 100%. Bahan teras terutamanya menanggung tegasan tegangan dan mampatan berserenjang dengan permukaan sisi rusuk untuk mengelakkan kegagalan pramatang struktur sebelum panel komposit gentian karbon/epoksi mencapai kekuatan hasilnya.
6. Kesimpulan
Penggunaan teras buih PMI boleh digunakan sebagai acuan teras untuk mengeluarkan rusuk berbentuk A, yang boleh mengurangkan kos meletakkan dan mengawet komponen. Prepreg boleh diletakkan dengan mudah pada acuan teras buih. Struktur lompang isotropik busa PMI dan rintangan mampatan dan rayapan yang baik semasa kitaran pengawetan autoklaf membolehkan proses pengawetan bersama satu langkah direalisasikan. Kita juga boleh membuat kesimpulan bahawa penggunaan buih PMI yang diisi dengan tulang rusuk pengukuhan berbentuk A boleh meningkatkan prestasi anti-kestabilan struktur gentian karbon/epoksi berdinding nipis dengan ketara. Penggunaan pengeras boleh meningkatkan kekuatan kegagalan hasil sebanyak kira-kira 30% dan kekuatan kegagalan ketidakstabilan sebanyak kira-kira 100%.
