چرا از پشته های آلومینیومی یا تیتانیوم کامپوزیت در هواپیما استفاده می کنیم؟

[rohamavation]

چرا از آلومینیوم یا تیتانیوم کامپوزیت در هواپیما استفاده می کنیم؟مواد پلیمری تقویت‌شده با الیاف در زمینه هوافضا، پشته‌های Metal-FRP به دلیل عملکرد خستگی برتر، وزن کم خارق‌العاده و استحکام ویژه خوب، اهمیت دارن. با این حال، ماشین‌کاری، به‌ویژه حفاری این مواد چند پشته‌ای همیشه یک چالش بوده است... همان ویژگی‌هایی که باعث برتری کامپوزیت FRP می‌شود، آن را به چالشی برای ماشین‌کاری تبدیل می‌کند. مکانیسم ماشینکاری که در اینجا مشاهده می شود، کم و بیش شکستگی و شکستن الیاف موجود در سیستم است. این شکستن فیبر همچنین باعث شکستگی در ابزار و در نتیجه سایش ابزار تسریع می شود. این ویژگی ها فرآیند را غیرقابل اعتماد می کند. همچنین دما در حین ماشینکاری کامپوزیتها به دلیل خواص رسانایی حرارتی پایین کامپوزیت نسبت به ماشینکاری فلز بیشتر است. هنگامی که دو عنصر بسیار متفاوت در قالب یک پشته FRP-Metal کنار هم قرار می گیرند، چالش های مختلفی برای دستیابی به اندازه سوراخ، کیفیت، عمر ابزار و ...
آلومینیوم و تیتانیوم در هواپیما استفاده می شوند زیرا مواد سبک وزنی هستند که مانند فولاد قوی و بادوام هستند، اما برخلاف فولاد غیرآهنی هستند به این معنی که زنگ نمی زنند. این دو فلز معمولاً با مواد دیگری مانند کربن ترکیب می شوند، کامپوزیت ها به دلیل استحکام قوی تر از استفاده از یک ماده پایه شناخته می شوند زیرا خواص شیمیایی یا فیزیکی را تغییر می دهند. این باعث می شود به دلیل ویژگی هایی که دارند برای پشته های هواپیما ایده آل باشند. و منظور شما از ماشینکاری را متوجه نمی شوم.هوانوردی و کامپوزیت ها. مواد کامپوزیت برای صنعت هوانوردی مهم هستند زیرا استحکام ساختاری قابل مقایسه با آلیاژهای فلزی را ارائه می دهند، اما با وزن سبک تر. این منجر به بهبود راندمان سوخت و عملکرد هواپیما می شود..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا

[rohamavation]

معیارهایی که بر انتخاب بین تیتانیوم، کامپوزیت ها و مواد رایج تر مانند آلومینیوم حاکم است چیست؟
سه معیار اصلی: هزینه، نسبت استحکام به وزن و مقاومت در برابر خستگی.
هزینه. از بین این سه، آلومینیوم برنده واضحی بود که کامپوزیت ها به دلیل بهبود فرآیندهای تولید پیشرفت های زیادی داشتند. تیتانیوم گران ترین است و ماشینکاری آن دشوار است.
قدرت به وزن.
کمانش. آلیاژهای تیتانیوم از استحکام به وزن بالاتری نسبت به آلومینیوم برخوردار هستند بیشتر در دمای پایین است، اما آلومینیوم سبک‌تر است و این به آن مزیتی در سازه‌های بارگذاری شده با تنش فشاری می‌دهد: مقاومت کمانشی نیز تابعی از ابعاد مقطع است. برای سطح بالایی بال، آلومینیوم سبک تر از تیتانیوم است، علی رغم استحکام ویژه پایین تر. کامپوزیت ها بالاترین استحکام ویژه را در بین همه دارند.
درجه حرارت. نمودار موجود در پاسخ پیوندی نیز تأثیر دما را بر استحکام خاص مواد نشان می‌دهد: آلومینیوم در درجه اول کاهش می‌یابد و در دمای بالاتر تیتانیوم بهترین انتخاب بعدی است، .
مقاومت در برابر خستگی آلیاژهای تیتانیوم، مانند فولاد اجازه می دهد، دارای حد تحمل خستگی هستند. اگر تنش ها زیر این حد باقی بماند، ساخت و ساز می تواند چرخه های بی پایانی را تحمل کند. آلومینیوم محدودیت استقامتی ندارد و در نهایت حتی با چرخه‌های دامنه تنش کوچک از کار می‌افتد: سازه‌های آلومینیومی برای جلوگیری از شکست خستگی نیاز به نظارت و نگهداری دقیق دارند..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا

[rohamavation]

"کاربرد هواپیما" بسیار مبهم است. هواپیماهای مدرن به دلایل مختلف از همه این مواد در مکان های مختلف استفاده می کنند. هر جزء دارای معاوضه های متفاوتی است که به عوامل زیادی بستگی دارد. در زیر یک نمای کلی بسیار کلی است.
آلومینیوم یک ماده محبوب در هواپیما است زیرا نسبتاً ارزان و سبک است و آلیاژهایی با خواص مواد خوب دارد. کار با آن نسبتاً آسان است اما باید از خوردگی محافظت شود. وزن سبک و هزینه کم به این معنی است که در مناطق بزرگ مانند بدنه و پوست بال و برای بسیاری از ساختار زیرین استفاده می شود.
تیتانیوم به دلیل توانایی آن در تحمل دماهای بالاتر مفید است، در حالی که از آلومینیوم قوی تر است اما همچنین سنگین تر است. با این حال، بسیار گران تر از آلومینیوم است.
کامپوزیت ها خانواده بزرگی از مواد هستند که انواع و ترکیبات مختلف آن ممکن است. کامپوزیت ها می توانند قوی و سبک باشند، اما در برابر دمای بالا نیز مقاومت نمی کنند. اگرچه کامپوزیت ها مانند برخی فلزات خورده نمی شوند، اما از برخی موقعیت ها مانند تماس فیبر کربن با آلومینیوم باید اجتناب شود. قرار گرفتن در معرض نور UV یا رطوبت نیز می تواند مشکل ساز باشد. ساخت کامپوزیت ها بسته به مواد مورد استفاده می تواند بسیار گران باشد. از آنجایی که کامپوزیت ها معمولاً از لایه های متعددی که با هم ساندویچ شده اند ساخته می شوند، راحت تر برای کاربردهایی با مقاطع بزرگ و نازک مناسب هستند. ساخت قطعات بزرگتر و پیچیده تر از کامپوزیت ها دشوارتر است. یکی دیگر از عوامل مهم در هواپیما هدایت الکتریکی است. در حالی که قطعات فلزی به طور طبیعی بار الکتریکی را بین یکدیگر هدایت می‌کنند، کامپوزیت‌ها برای اطمینان از رسانایی برای محافظت در برابر رعد و برق و بارهای ساکن نیاز به درمان خاصی دارند.
ملاحظات بسیار دیگری نیز وجود دارد. علاوه بر استحکام تسلیم، بسیاری از مواد موجود در هواپیما باید خواص خستگی خوبی داشته باشند تا در طول زمان بارگذاری چرخه ای را تحمل کنند. خواص مواد در دماهای بالا و/یا پایین نیز ممکن است مهم باشد. در حالی که فلزات تمایل دارند قبل از شکستن خم شوند و انرژی را از بین ببرند، کامپوزیت ها تمایل دارند به طور ناگهانی بشکنند. بازرسی و تعمیر فلزات نیز آسان تر است، در حالی که کامپوزیت ها می توانند بسیار پیچیده تر باشند. در حالی که یک فلز را می توان به خوبی بر اساس نوع و ابعاد آن دسته بندی کرد، کامپوزیت ها با لایه های متعدد خود پیچیده تر هستند. این امر تعریف و تحلیل را پیچیده تر می کند..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا

[rohamavation]

آیا تیتانیوم گزینه بهتری برای پوست هواپیما خواهد بود بدون در نظر گرفتن هزینه
حتی با این فرض که قیمت مشکلی نیست، شکل پذیری قطعا مشکل خواهد بود. خم کردن، سوراخ کردن و برش تیتانیم نسبت به Al بسیار سخت تر است، بنابراین ساخت هواپیما از Ti ارزان قیمت هزینه های ساخت آن را به میزان قابل توجهی نسبت به Al افزایش می دهد. Ti در دماهای بالا بسیار بهتر از Al استحکام خود را حفظ می کند، اما در هواپیماهای زیر صوت مانند هواپیماهای مسافربری گرمایش بدنه هواپیما یک محدودکننده طراحی نیست که بین انتخاب Ti یا Al انتخاب شود.قدرت خاص همیشه تنها مورد توجه نیست. در اینجا استحکام بر وزن عامل است، اگر ماده ای یک سوم وزن را داشته باشد اما یک سوم استحکام ماده دیگری را نیز داشته باشد، همان استحکام ویژه را دارند. آلومینیوم، تیتانیوم و فولاد آلیاژهای فلزی برای ساخت هواپیما هستند و تقریباً استحکام خاصی دارند. البته تنوع زیادی در آلیاژها وجود دارد، آلیاژ آلومینیوم 2024 دارای قدرت تسلیم 324 مگاپاسکال است و بیش از 30 برابر قوی تر از آلومینیوم خالص است.
یک بال در حال پرواز توسط نیروهای لیفت آیرودینامیکی به سمت بالا خم میشه و این لحظه خمشی توسط پوست بالا و پایین بال مقاومت میکنه. پوست تحتانی تحت فشار قرار می گیره و پوست بالایی تحت فشار قرار می گیره. با ساختار بارگذاری کششی حال به سطح مقطع توجه میکنم برای رسیدن به قدرت تسلیم، چه مقدار نیرو ببینید. با این حال، با ساختار بارگذاری فشاری، مکانیسم شکست مقاومت تسلیم نیست بلکه کمانش است.
برای جلوگیری از کمانش، ما به سطح مقطع بزرگتر از آنچه برای استحکام تسلیم خالص لازم است نیاز داریم و این مقطع تابعی از مدول الاستیسیته است نه مقاومت تسلیم. بنابراین اکنون نسبت وزن به کشش ابعاد را تعیین می کند. برای فشرده سازی، آلومینیوم بهترین نسبت را از سه فلز که در بالا اوردم داره.I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا

[rohamavation]

در حالت ایده آل، کامپوزیت های الیافی توسط یک مفصل روسری به هم متصل می شوند. اتصال روسری روشی برای اتصال دو عضو به انتها در فلزکاریه. مفصل روسری زمانی استفاده می شود که مواد وصل شده به طول مورد نیاز در دسترس نباشد.نسبت روسری با نسبت مقاومت کششی الیاف و مقاومت برشی رزین تعیین می شود. اگر فیبر شما 3000 نیوتن بر میلی‌متر مربع طول بکشد، رزین 20 نیوتن بر میلی‌متر مربع را ارسال می‌کند و محتوای فیبر 60 درصد است، نسبت آن 1:90 است، بنابراین یک لایه کامپوزیتی با ضخامت 1 میلی‌متر باید در طول 90 میلی‌متر به هم متصل شود. در واقعیت، دستیابی به چنین نسبتی غیرعملی است، بنابراین اتصالات لبه زمانی که توسط مقامات صدور گواهینامه پذیرفته شود استفاده می شود. این مورد برای گلایدرهای کامپوزیت است، جایی که شما هم اتصالات روسری و هم مفاصل را پیدا خواهید کرد..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
:

[rohamavation]

تمام کامپوزیت های مورد استفاده در ساخت هواپیماهای جنگنده چیست؟ مواد سبز و زرد روی هواپیما در تصاویر زیر چیست؟فلزات مورد استفاده در صنعت هواپیماسازی عبارتند از فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم و آلیاژهای آنها. آلیاژهای آلومینیوم با داشتن مقادیر چگالی کمتر در مقایسه با آلیاژهای فولادی (حدود یک سوم)، با خواص مقاومت در برابر خوردگی خوب مشخص می شوند.معمولا سیستم حفاظت در برابر خوردگی است که برای افزایش عمر پانل و اجزای سازنده هواپیما استفاده می‌شود.معمولا هر هواپیمای رنگ نشده اسماً به دلیل پوشاندن (معمولا) با یک پرایمر روی سبز کرومات یا فسفات روی سبز ضد خوردگی روی پوسته های آلومینیومی، به رنگ سبز است. سایه‌های مختلف سبز به سادگی به شما می‌گوید که فروشندگان مختلف قطعات مختلف را تولید کرده‌اند - همه آنها از یک پرایمر استفاده نمی‌کنند.
کامپوزیت ها در هوافضا عمدتاً کولار/اپوکسی و کربن/اپوکسی با مقداری فایبرگلاس (که سفتی تراکم بهتری نسبت به کولار دارد و گاهی اوقات با آن ترکیب می شود) هستند. کامپوزیت های کربنی از نظر گالوانیکی به شدت با آلومینیوم ناسازگار هستند، بنابراین نمی توانید کربن و آلومینیوم را لمس کنید (آلومینیوم خورده می شود) و باید نوعی ماده مانع بین آنها وجود داشته باشد، یا یک فلز جایگزین برای اتصال باربر که در بستر قرار دارد. فیبر کربن، به طور معمول، تیتانیوم.
تمام رنگ سبز/زرد به سادگی رنگ پرایمر روی کرومات یا روی فسفات روی آلومینیوم است، اکریلیک یا اپوکسی (این روزها بیشتر اپوکسی). رنگ های پلی اورتان برای چسبندگی مناسب باید روی پرایمرهای اپوکسی اعمال شوند..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا

[rohamavation]

بال‌های بوئینگ 787 بسیار انعطاف‌پذیر هستند زیرا مواد فیبر کربنی آن می‌تواند بیشتر کشیده شود و نسبت تصویر بالای 11 این اثر را بزرگ‌تر می‌کند. در پرواز، تنها چیزی که احساس خواهید کرد لرزش کمتری در اثر وزش باد است، زیرا بال به طور موثرتری تغییرات بار را کاهش می دهد. روی زمین، بال ممکن است فاصله نوک کمتری داشته باشد، زیرا به دو وجهی داخلی کمتری نیاز است - بقیه از طریق کشش بال در پرواز تامین می‌شود.
مقدار خمش برای یک لحظه خمشی معین به سه عامل بستگی دارد:
دهانه بال: انحنای معین بال به دلیل خم شدن در ریشه بال باعث جابجایی نوک می شود که متناسب با فاصله آن نوک از ریشه است.
ارتفاع اسپار: این انحنا با معکوس مربع ارتفاع اسپار رشد می کند. ضخامت نسبی کمتر بال باعث خمش بیشتر می شود.
ماده اسپار: مدول یانگ ماده، میزان کشش آن برای یک تنش معین را توصیف می‌کند. اما مهمتر ازدیاد طول کشسانی در تنش تسلیم است. فیبر کربن مدول یانگ بالاتری نسبت به آلومینیوم دارد، اما تا زمان گسیختگی خاصیت ارتجاعی دارد، بنابراین می‌توان آن را بیشتر کشید و در تنش تسلیم خمش بیشتری ایجاد کرد.
اعداد: مدول آلومینیوم یانگ برای طیف وسیعی از آلیاژها نسبتاً ثابت است و معمولاً 70000 مگاپاسکال یا N/mm² است. مدول الیاف گرافیت به فرآیند ساخت آنها بستگی دارد و بین 200000 تا 700000 MPa یا N/mm² متغیر است. با این حال، این مقدار را نمی توان به طور مستقیم با مقدار آلومینیوم مقایسه کرد. مدول نهایی کامپوزیت به جهت الیاف و محتوای رزین بستگی دارد.
می توان فرض کرد که بوئینگ (یا دقیق تر، صنایع سنگین میتسوبیشی) از فیبر مدرن و با استحکام بالا مانند IM7 (pdf) استفاده می کند (IM مخفف مدول متوسط ​​است) که دارای مدول 276000 مگاپاسکال است. همچنین می توان فرض کرد که بیشتر الیاف در جهت دهانه هستند، بنابراین می توانند به طور کامل در تحمل بارهای خمشی کمک کنند. اگر محتوای فیبر محافظه کارانه 60% را فرض کنیم، مدول حاصل از ماده اسپار باید 164000 مگاپاسکال باشد. با این حال، اسپار یک جزء مجزا نیست، بلکه بخشی از جعبه بال است که همچنین باید بارهای پیچشی را تحمل کند. در حالی که آلومینیوم یک ماده همسانگرد است (در همه جهات دارای خواص یکسانی است)، CFRP بسیار ناهمسانگرد است و افزودن مقاومت پیچشی به الیاف اضافی در جهات دیگر نیاز دارد. نتیجه: مدول موثر جعبه بال در جهت خمش ممکن است تا 110000 مگاپاسکال باشد.
ببینید چه مقدار ماده برای حمل بارهای خمشی وجود دارد. در اینجا تنش تسلیم ماده مطرح می شود: هر چه یک ماده بتواند قبل از اینکه تغییر شکل پلاستیکی را نشان دهد، تنش بیشتری را تحمل کند، مقدار کمتری از آن برای حمل یک ممان خمشی معین مورد نیاز است. برای رسیدن مستقیم به حداکثر تغییر شکل، کافی است به حداکثر کرنش الاستیک نگاه کنید. با IM7، این 1.9٪ است و با آلومینیوم 7068 (pdf) با استحکام بالا، قبل از اینکه ماده دچار کشیدگی دائمی شود، کمتر از 1٪ است. این بدان معنی است که، حتی اگر CFRP سفت تر از آلومینیوم است، می توان آن را بیشتر بارگیری کرد و قبل از رسیدن به حد مجاز، کشش بیشتری خواهد داشت..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering

رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا