Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Využití kompozitních materiálů v leteckém průmyslu Výzkumný a zkušební letecký ústav, a.s. útvar Kompozitní technologie Beranových 130 199 05 Praha - Letňany Vilém Pompe
Výzkumný a zkušební letecký ústav, a.s.
Obsah přednášky Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Co je to kompozitní materiál Příklady použití Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci Postřehy z praxe
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
Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí
Specifické vlastnosti leteckých konstrukcí Použití kompozitů v letecké konstrukci není samoúčelné je jednou z možností jak pozměnit návrhové parametry konstrukce
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,...
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.
Příklady použití
Příklady použití
Příklady použití B 787 navíjený trup...
Příklady použití A380
Příklady použití
Příklady použití
Příklady použití A380 fabrika na vodu...
Příklady použití www.vanessaair.cz Allegro 2000 Qualt 200 TL-96 Star Flamingo VL-3
Příklady použití www.vanessaair.cz
Příklady použití www.vanessaair.cz
Příklady použití www.vanessaair.cz
Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ Wolfsberg Corvus
Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ
Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ
Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ
Příklady použití Aplikace a projekty VZLÚ
Příklady použití Motory Uhlík/Epoxy na méně tepelně namáhané díly, aramidové vlákno pro zachycení rázu; existují i aplikace keramické matrice pro horké díly.
Příklady použití Vrtule
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.
Kdy se rozhodnout pro kompozitní konstrukci Materiál Modul pružnosti [GPa] Pevnost v tahu [MPa] Hustota [kg/m3] Ocel cca 210 800 až 1100 7850 Hliníkové slitiny cca 73 cca 400 2780 Uhlíkové vlákno, běžná kvalita cca 200 až 230 3100 2600 Epoxidová matrice cca 3,5 (zanedbatelné vůči vláknu) 70 (zanedbatelné vůči vláknu) 1150 Jednosměrový kompozit, 50% objemu vlákno cca 100 cca 1500 1875 Kompozit s ortogonální vazbou výztuže, 50% objemu vlákno cca 48 cca 530 1875
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
Postřehy z praxe Statická zkouška metodou řízeného posuvu síly jako závislé veličiny.
Postřehy z praxe Lom nastává v místě první ztráty stability potahu
Postřehy z praxe Dolomení nastává okamžitě po návratu na původní silový účinek
Postřehy z praxe Hoffman Maximální napětí Stabilita V1 L1 C2 Y Z X Output Set: Eigenvalue 1 0.792165 Deformed(0.137): Total Translation
Postřehy z praxe
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
Postřehy z praxe
Postřehy z praxe Smykové porušení Kritický lom tvarového zámku Zbytková únosnost Provozní režim 200% Fc Provozní režim 100% Fc
Postřehy z praxe Technologie výroby určuje vlastnosti konstrukce včetně ovlivnění mechanických vlastností stopa po infuzních kanálech může iniciovat lom!
Postřehy z praxe Srovnání výsledků Hoffman Max Stress Modifikované Max Stress
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.
Děkuji za pozornost