Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu

Transkript

1 Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

2 Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu Výzkumný a zkušební letecký ústav, a.s. útvar Kompozitní technologie Beranových Praha - Letňany Vilém Pompe

3 Výzkumný a zkušební letecký ústav, a.s.

4 Obsah přednášky Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Co je to kompozitní materiál Příklady použití Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci Postřehy z praxe

5 Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Létání je o rovnováze sil Minimální hmotnost = minimální síly Minimální síly na rychlosti letu = minimální spotřeba energie Minimální spotřeba energie = úspora hmotnosti... a tak stále dokola L N η p = T v D = f n ( L ) T D G

6 Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí

7 Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Použití kompozitů v letecké konstrukci není samoúčelné je jednou z možností jak pozměnit návrhové parametry konstrukce

8 Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Celá historie letectví je vlastně o: Pochopení principu vzniku vztlaku (aerostatické a aerodynamické síly = ne jak ptáci létají, ale proč ptáci létají ) Nalezení vhodné propulse (gravitace, vzdušné proudy, uhlovodíková paliva, elektrické akumulátory,...?) Nalezení tuhé a dostatečně pevné konstrukce (v tomto pořadí!!!) s přijatelnou vlastní hmotností Přístrojové vybavení a systémy = zvýšení výkonů, snížení hmotnosti, nové možnosti rozhraní člověk/stroj,...

9 Co je to kompozitní materiál Kompozitní materiál je směs fází vyrobená ze dvou a více konstitučních materiálů, jejíž vlastnosti jsou lepší, než prostý součet vlastností jednotlivých konstituentů = synergie! Dívat se na kompozit jako na prostou materiálovou náhradu je pokřivený přístup důsledkem jen minimální nebo žádný přínos ve srovnání s klasickými konstrukčními materiály a technologiemi. Nezaměňovat anizotropní vícefázový materiál s kompozitem např. dřevo; půvab kompozitu tkví v jeho účelové přípravě, tj. namíchání = naprogramování směsi pro konkrétní aplikaci. Hart-Smith: composition of materials, composite material ve skutečnosti neexistuje. V českém prostředí používané odborné výrazy význam nevytváří, jsou to obvykle cizí slova umožňuje nejednotný výklad.

10 Příklady použití

11 Příklady použití

12 Příklady použití B 787 navíjený trup...

13 Příklady použití A380

14 Příklady použití

15 Příklady použití

16 Příklady použití A380 fabrika na vodu...

17 Příklady použití Allegro 2000 Qualt 200 TL-96 Star Flamingo VL-3

18 Příklady použití

19 Příklady použití

20 Příklady použití

21 Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ Wolfsberg Corvus

22 Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ

23 Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ

24 Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ

25 Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ

26 Příklady použití Motory Uhlík/Epoxy na méně tepelně namáhané díly, aramidové vlákno pro zachycení rázu; existují i aplikace keramické matrice pro horké díly.

27 Příklady použití Vrtule

28 Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci 1. Ocel 2. Dural 3. C/E Maximální napětí závisí na ohybovém modulu geometrická závislost. Průhyb závisí na momentu setrvačnosti a modulu pružnosti geometrická a materiálová závislost.

29 Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci Materiál Modul pružnosti [GPa] Pevnost v tahu [MPa] Hustota [kg/m3] Ocel cca až Hliníkové slitiny cca 73 cca Uhlíkové vlákno, běžná kvalita cca 200 až Epoxidová matrice cca 3,5 (zanedbatelné vůči vláknu) 70 (zanedbatelné vůči vláknu) 1150 Jednosměrový kompozit, 50% objemu vlákno cca 100 cca Kompozit s ortogonální vazbou výztuže, 50% objemu vlákno cca 48 cca

30 Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci Ocel: 94.0 kg Dural: 32.7 kg Kompozit: 11.4 kg Jasanové dřevo: 9.7 kg Použití kompozitu přináší zcela zásadní úsporu hmotnosti

31 Postřehy z praxe Statická zkouška metodou řízeného posuvu síly jako závislé veličiny.

32 Postřehy z praxe Lom nastává v místě první ztráty stability potahu

33 Postřehy z praxe Dolomení nastává okamžitě po návratu na původní silový účinek

34 Postřehy z praxe Hoffman Maximální napětí Stabilita V1 L1 C2 Y Z X Output Set: Eigenvalue Deformed(0.137): Total Translation

35 Postřehy z praxe

36 Postřehy z praxe Primární spoj adhesní Tvarový zámek pojistka Pojistka za normálních provozních podmínek nepřenáší zatížení Výztuž orientována do všech směrů, ve kterých se přenáší zatížení Vlákno se může z tvarového zámku uvolnit jen za cenu svého lomu

37 Postřehy z praxe

38 Postřehy z praxe Smykové porušení Kritický lom tvarového zámku Zbytková únosnost Provozní režim 200% Fc Provozní režim 100% Fc

39 Postřehy z praxe Technologie výroby určuje vlastnosti konstrukce včetně ovlivnění mechanických vlastností stopa po infuzních kanálech může iniciovat lom!

40 Postřehy z praxe Srovnání výsledků Hoffman Max Stress Modifikované Max Stress

41 Závěr Kompozitní materiály a technologie jsou prakticky neomezené ve své variabilitě. Je možno je namíchat a přizpůsobit podle fantazie tvůrce pro konkrétní aplikaci. Nejde tedy o další tabelizovaný materiál, který lze spoutat do několika pouček a formalizovaných postupů. Takto můžeme přistupovat pouze ke konstituentům, které k přípravě kompozitu použijeme. Návrh kompozitu a jeho technologie výroby je součástí procesu návrhu výrobku. Jakékoliv zkoušky výrobku by měly být zahájeny ověřením vlastností kompozitu ve vztahu k vlastnostem předpokládaným.

42 Děkuji za pozornost