I. Pinnamaterjalid
Enamiku lennukiehituses kasutatavate kärgstruktuuride pinnamaterjalid on alumiiniumist, klaaskiust, kevlar®-ist või süsinikkiust. Süsinikkiust pinnapaneele ei saa kasutada alumiiniumist kärgstruktuuriga südamikumaterjalidega, kuna see põhjustab alumiiniumi korrosiooni. Titaani ja terast kasutatakse kõrge temperatuuriga struktuuride erirakendustes. Paljude komponentide, näiteks spoilerite ja lennujuhtimisseadmete kattematerjalid on väga õhukesed, mõnikord ainult 3–4 paksusega (tähendab mm). Parameetrilised aruanded on näidanud, et need katteplaadid ei ole hea löögikindlusega.
Ⅱ. Põhimaterjalid
2.1 kärgstruktuuri südamik
Igal kärgstruktuuri südamiku materjalil võivad olla teatud head omadused. Nagu on näidatud joonisel 19, on õhusõidukite kärgstruktuuride kõige levinum südamikumaterjal aramiidpaber (Nomex® või Korex®). Klaaskiude kasutatakse suurema tugevusega rakendustes.
Joonis 19: Kärgstruktuuri südamiku materjalid
-Kraftpaber - Selle tugevus on suhteliselt madal, seda kasutatakse suurtes kogustes selle heade isolatsiooniomaduste ja madala hinna tõttu.
-Termoplast - Selle soojusmass isoleerib hästi, neelab hästi või selle saab orientatsiooni, niiskus- ja kemikaalikindluse tagamiseks lähtestada. See on keskkonnasõbralik, esteetiliselt meeldiv ja suhteliselt odav.
Alumiiniumist - optimaalne tugevus, kõrge kaalu-/-massi suhe ja energia neeldumine, head soojusülekande omadused, elektromagnetilise varjestuse omadused, lihtne töötlemine, suhteliselt madal hind.
-Teras-Head soojusülekande omadused, elektromagnetilised varjestusomadused ja kuumakindlus.
-Erimetallid (titaan)-, millel on suhteliselt kõrge tugevus, kaalusuhe, hea soojusülekande jõudlus, keemiline vastupidavus ja kuumakindlus kõrgetele temperatuuridele.
-Aramiidpaber- Tulekindel, leegiaeglustav, heade isolatsiooniomadustega, madalate dielektriliste omadustega ja kergesti vormitav.
-Klaaskiud- Sellel on kerge lõikamisvõime, madal dielektrilisus, hea isolatsioon ja lihtne vormimine.
-Süsinikkiud-säilitab süsiniku stabiilsuse, kõrge temperatuuri, kõrge jäikuse ja väga madala soojuspaisumisteguri, soojusjuhtivust on lihtne kontrollida, nihkemoodul on suhteliselt kõrge, kuid kallis.
-Keraamika - Selle kõrge temperatuuritaluvus on hea, hea isolatsiooniga ja väga väikese rakustruktuuriga, kuid kallis.
Lennundusrakenduste kärgstruktuuri südamikud on tavaliselt kuusnurksed. Need südamikud on valmistatud spetsiaalselt paigutatud liimitud virnastatud õhukestest lehtedest. Virnastatud lehed venitatakse kuusnurkseks. Neid, mis ulatuvad horisontaalsuunas, nimetatakse riba suunaks.
Dihhotoomses kuusnurkses südamikus on igasse kuusnurka{0}}lõigatud teine materjalikiht. Dikroiline kärgstruktuuriga kärg on kõvem ja tugevam kui kuusnurkne südamik. Ülevenitatud südamik tehakse paberi laiendamisel kuusnurkade moodustamiseks. Ülevenitatud südamikud on ristkülikukujulise südamikuga. Ülevenitatud südamikud on painduvad rihma suunaga risti, kasutades lihtsaid kõverusi. Kellakujulisel-südamikul ehk kumeral südamikul on kumer südamiku materjal, mis muudab selle igas suunas painduvaks. Keeruliste kõveratega paneelide suunas kasutatakse kellakujulisi kerneli südamikke.
Kärgstruktuuri südamikud on saadaval erinevates suurustes. Väiksemad suurused tagavad sandwich-paneeli tugevuse parema tugevuse. Kärgstruktuuri südamikud on samuti erineva tihedusega. Suurema tihedusega kärgstruktuuri südamikud on jäigemad ja tugevamad kui väiksema tihedusega südamikud. Nagu on näidatud joonisel 20.
Joonis 20: kärgstruktuuri südamik
2.2 Vaht
Vahtsüdamikku kasutatakse elamuehituses ja kerglennukites tiibade otste, lennujuhtimisseadmete, kereosade, tiibade ja tiivaribide toetamiseks ja kuju andmiseks. Vahtsüdamikku kommertslennukites tavaliselt ei kasutata. Vaht on tavaliselt raskem ja vähem vastupidav kui kärgstruktuuri südamikud. Erinevad vahud, mida saab kasutada põhimaterjalina, on järgmised:
-Polüstüreen (rohkem tuntud kui vahtpolüstüreen)-Aerospace-klassi vahtpolüstüreen, millel on tihedalt suletud kärgstruktuuriga rakuline südamiku struktuur, mille rakkude vahel puuduvad tühimikud; kõrge survetugevus ja hea vastupidavus vee läbitungimisele; saab kuuma traadiga lõigata ja teha tiivakujulisi kujundeid.
-Fenoolne - Hea tulekindlus, võib olla väga väikese tihedusega, kuid selle mehaanilised omadused on suhteliselt madalad.
-Polüuretaan - Kasutatakse väikelennukite kere, tiivaotste ja muude kumerate osade tootmisel; suhteliselt odav, leegi-kindel ja ühildub enamiku liimidega; polüuretaanvahtusid ei saa kuuma traadiga lõigata; lihtne kontuurida suurte nugade ja lihvimisseadmetega.
-Polüpropüleen - Kasutatakse tiibadega kujundite loomiseks; saab lõigata kuuma traadiga; ühildub enamiku liimide ja epoksüvaikudega; ei ole mõeldud kasutamiseks polüestervaikudega, lahustub kütustes ja lahustites.
-Polüvinüülkloriid (PVC) (Divinycell, Klegecell ja Airex)-See on suletud-kambriga keskmise kuni suure tihedusega vaht, millel on kõrge survetugevus, vastupidavus ja suurepärane tulekindlus; saab vaakumvormida komposiitvormideks ja termovormimise abil vormida; ühildub polüestri, vinüülestri ja epoksüvaikudega.
-Polü(metakrüülimiid) (Rohacell) - suletud-vaht kergete sandwich-struktuuride jaoks; suurepärased mehaanilised omadused, stabiilne kõrgetel temperatuuridel, hea lahustikindlus, silmapaistev libisemiskindlus; kallimad kui muud tüüpi vahud, kuid suurepäraste mehaaniliste omadustega.
III. Kahjustused tootmisel ja kasutamisel
3.1 Tootmisvead
Tootmisdefektide hulka kuuluvad:
-Delamine (delaminatsioon)
-Vaigupuudusega piirkonnad
-Liigse vaigu piirkonnad
-Blistrid, mullid
-Kortsud
-Õõnes
-Termiline lagunemine
Tootmiskahjustused hõlmavad selliseid anomaaliaid nagu poorsus, mikro{0}}pragunemine ja töötluse erinevustest tingitud kihistumine. See hõlmab ka selliseid asjaolusid nagu tahtmatud servalõiked, pinna sisselõiked ja kriimustused, kahjustatud kinnitusavad ja löögikahjustused. Tootmisprotsessi käigus ilmnevate defektide näideteks on saastunud liimimispinnad või lisandid, nagu eelvooderdised või eralduskiled, mis jäetakse tahtmatult kihtide vahele ladumise ajal. Montaaži, transportimise või käsitsemise ajal võivad detailide osad või komponendid tahtmatult (mitte{4}}töötleda) kahjustada.
Kui osas kasutatakse liiga palju vaiku, võib see olla ülekoormatud, mis pole mitte-struktuuriliste rakenduste puhul tingimata halb, kuid lisab kaalu. Kui kõvastumise käigus saab liiga palju vaiku otsa või kui märjal pealekandmise käigus ei rakendata piisavalt vaiku, siis väidetakse, et osa on vaigunäljas. Vaigu -puudujäänud alad paljastavad kiupinna. Optimaalseks peetakse kiu ja vaigu suhet 60:40.
Tootmisdefektide allikad on järgmised:
-Ebaõige kõvenemine või töötlemine
-Ebaõige töötlemine
-Ebaõige käsitlemine
-Vale puurimine
-Tööriista tilkumine
-Saaste
-Vale lihvimine
-Kvalifitseerimata materjalid
-Valed tööriistad
-Puurivõlli või detailide probleemid
Komposiitide konstruktsioonikonfiguratsioonides võivad kahjustused esineda mitmes kihis. See ulatub maatriksi ja kiudude kahjustustest kuni purunenud elementide ja liimitud või poltidega kinnitusdetailideni. Kahjustuse aste kontrollib korduva koormuse eluiga ja jääktugevust ning on kahjustuste taluvuse seisukohalt kriitiline.
3.2 Kiudude purunemine
Kiudude purunemine võib olla kriitiline, kuna struktuurid on tavaliselt projekteeritud nii, et domineerivad kiud{0}} (st kiud kannavad suurema osa koormusest). Õnneks piirdub kiudude purunemine tavaliselt löögipunkti lähedal asuva alaga ning seda piiravad löögiobjekti suurus ja energia. Vaid mõned eelmise seadme{5}}teenindusega seotud elemendid võivad põhjustada ulatuslikke kiukahjustusi.
3.3 Mittestandardne maatriks (mittehomogeenne rakk)
Maatriksi defektid ilmnevad tavaliselt maatriksi{0}}kiudude liideses või kiududega paralleelses maatriksis. Need defektid halvendavad veidi mõningaid materjali omadusi, kuid harva avaldavad kriitilist mõju struktuurile, välja arvatud juhul, kui maatriksi lagunemine on laialt levinud.
Pragude kogunemine maatriksisse võib viia maatriksi{0}}domineerivate omaduste halvenemiseni. Laminaatide puhul, mis on ette nähtud koormuse ülekandmiseks kiududega (domineerivad kiud-), on maatriksi tugeva kahjustuse korral täheldatud ka omaduste vähest halvenemist. Maatriksi lõhenemine või mikropragunemine võib oluliselt halvendada vaigu või kiudvaigu liidesest sõltuvaid omadusi, nagu kihtidevaheline nihke- ja survetugevus. Mikropragunemisel võib olla väga kahjulik mõju kõrge temperatuuriga vaikude toimimisele. Maatriksi defektid võivad areneda delaminatsiooniks, mis on raskem kahjustus.
3.4 Delamineerimine ja kleepumise eemaldamine{1}
Delaminatsioon tekib laminaadi kihtide vahel. Delaminatsioonid võivad tekkida maatriksi pragude või madala energiaga löökide tõttu, mis ulatuvad alusest vahekihini. Sidemeid saab moodustada ka tootmisprotsessi käigus piki kahe elemendi vahelist sidejoont ja need hakkavad naaberlaminaatides delamineerima (delamineerima). Teatud tingimustel võib korduval laadimisel kihistumine või liimimine kasvada ja laminaadi laadimisel põhjustada katastroofilisi kahjustusi. Delaminatsiooni või sidumise kriitilisus sõltub:
-Mõõtmed.
-Delaminatsioonide arv antud asukohas.
-Asukoht - laminaadi paksuses, konstruktsioonis, vabade servade lähedal, pinge kontsentratsioonipiirkondades, geomeetrilistes katkestustes jne.
-Laadimised - Delaminatsiooni ja liimimise käitumine sõltub laadimise tüübist. Neil on vähe mõju tõmbelaminaadi reaktsioonile. Surve- või nihkekoormuse korral võivad kihistunud või kooritud üksuste kõrval olevad alamkihid aga kõverduda ja põhjustada koormuse ümberjaotusmehhanisme, mis võivad põhjustada konstruktsioonikahjustusi.
3.5 Kahjude kombinatsioonid
Üldiselt võivad löögisündmused põhjustada mitmesuguseid kahjustusi. Suurte objektide (nt turbiini labad)-energiaga kokkupõrked võivad põhjustada komponentide killustumist või kinnitusvigasid. Sellest tulenevad kahjustused võivad hõlmata olulist kiu riket, maatriksi pragunemist, delaminatsiooni, kinnitusdetailide purunemist ja eemaldatud komponente. Madala-energiaga mõjudest tulenevaid kahjustusi on lihtsam kontrollida, kuid see võib hõlmata ka kiudude purunemise, maatriksi pragunemise ja mitmekordse kihistumise kombinatsiooni.
3.6 Kinnitusavade defektid
Tootmisprotsessis võivad tekkida valesti puuritud augud, halvasti paigaldatud kinnitusdetailid ja puuduvad kinnitusdetailid. Hoolduse ajal võib korduvate laadimistsüklite tõttu tekkida detaili augu pikenemine.
3.7 Teenuse defektid
Teenuse defektid hõlmavad järgmist:
- Keskkonnakahju
- Löögikahjustus
- Väsimus
- Lokaliseeritud ülekoormustest põhjustatud praod
- Ühenduse eemaldamine (liimimine)
- Delamineerimine
- Kiu purunemine
- Korrosioon
Enamikul kärgstruktuuri südamikkonstruktsioonidel, nagu tiivaspoilerid, katted, lennujuhtimisseadmed ja telikuuksed, on väga õhukesed pinnapaneelid. Vastupidavusprobleemide tõttu võib need laias laastus jagada kolme rühma: madal löögikindlus, vedeliku sissepääs ja erosioon (korrosioon). Nendel konstruktsioonidel on piisav jäikus ja tugevus, kuid need on vähem vastupidavad hoolduskeskkondadele, kus osad roomatakse üle, tööriistad kukuvad maha ja teeninduspersonal tavaliselt ei mõista õhukese koorega sandwich-komponentide haavatavust. Nende komponentide kahjustused, nagu südamiku muljumine, löögikahjustused ja nihkumine, on nende õhukeste pindade tõttu tavaliselt visuaalse kontrolliga hõlpsasti tuvastatavad. Kuid mõnikord jätavad need tähelepanuta või kahjustavad teeninduspersonal, kes ei taha lennuki väljumist edasi lükata ega juhtida tähelepanu õnnetustele, mis võivad mõjutada nende jõudlust. Selle tulemusena jäetakse kahjustused mõnikord kontrollimata, mis sageli põhjustab vedeliku sisenemise tõttu südamikku suurenenud kahjustusi. Ka vastupidavad disainidetailid (nt valesti lõigatud kärgstruktuuri südamiku servad) võivad põhjustada vedeliku sisenemist.
Osadesse sattunud vedelike taastamine võib vedelikuti erineda, kõige sagedamini vesi või hüdraulikavedelik. Vesi kipub parandatud osadele lisakahjustusi tekitama, kui osalt kogu niiskust ei eemaldata. Enamik restaureerimismaterjalide süsteeme kõvenevad vee keemistemperatuurist kõrgemal temperatuuril, mis võib põhjustada naha -südamiku liidese sidemete eemaldamist, mille tulemuseks on vee kogunemine kõikjale. Sel põhjusel kuivatatakse südamiku tsükkel tavaliselt enne mis tahes taastamist. Mõned operaatorid kuivatavad kahjustatud, kuid parandamata osad kõrgsurvepaagis, et vältida remondi käigus tekkivaid lisakahjustusi. Hüdraulikavedelik on hoopis teine teema. Kui sandwich-paneeli südamik on küllastunud, on hüdraulikavedelikku peaaegu võimatu täielikult eemaldada. Isegi kõvenemisprotsessi ajal lekib sektsioon jätkuvalt vedelikku, kuni lekkiv saaste on täielikult eemaldatud. Restaureerimise osana on väga soovitatav eemaldada saastunud kärgstruktuuri südamik ja liim. Nagu on näidatud joonisel 21
Joonis 21: Radoomi kärgstruktuuri kahjustused
Komposiitidel on teadaolevalt madalam erosioonivõime kui alumiiniumil, seetõttu välditakse neid sageli otspindadele kandmisel. Siiski on komposiite kasutatud väga keeruka geomeetriaga, kuid tavaliselt koos korrosioonikattega. Mõned korrosioonikatted ei ole ideaalsed kulumiskindluse või hoolduse jaoks. Teine probleem, mis pole nii ilmne kui esimene, on uste või paneelide servade erosioon, kui need puutuvad kokku õhuvooludega. See erosioon võib olla tingitud projekteerimisest või paigaldamisest (ebaõige paigaldamine). Teisest küljest võivad nende komposiitkomponentidega kokkupuutuvatel või nende läheduses olevatel metallkonstruktsioonidel esineda korrosioonikahjustusi, mis on tingitud alumiiniumisulamite ebaõigest valikust, metallosade korrodeerivast hermeetiku kahjustusest montaaži või splaissimise ajal, ebapiisava hermeetiku olemasolust või klaaskiudbarjääri puudumisest talade, ribide ja liitmike liideses. Nagu on näidatud joonisel 22
Joonis 22: tiivaotsa korrosioonikahjustus (ots)
3.8 Korrosioon
Enamikul klaaskiust ja kevlar® osadel on piksekaitseks suurepärane alumiiniumvõrk. See alumiiniumvõrk korrodeerub sageli poldi- või kruviaukude ümber. Korrosioon mõjutab paneeli elektrilist sidet ja nõuab alumiiniumvõrgu eemaldamist ja uue võrgu paigaldamist, et taastada paneeli elektriline side. Nagu on näidatud joonisel 23
Joonis 23: Alumiiniumist piksekaitsevõrgu korrosioon
UV-kiired mõjutavad komposiitide tugevust. Komposiitkonstruktsioone tuleb UV-kiirguse mõju eest kaitsta pealiskihiga. Komposiitide kaitsmiseks on välja töötatud spetsiaalsed UV-praimerid ja katted.