LYSA SKARPT
Bländning (härlett från GLAss REinforced laminate) är ett fibermetalllaminat (FML) som består av flera mycket tunna lager av metall (vanligtvis aluminium ) varvat med lager av S-2 glasfiber pre-preg , sammanfogade med en matris som epoxi . De enkelriktade pre-preg-skikten kan vara inriktade i olika riktningar för att passa förutsagda spänningsförhållanden .
Även om Glare är ett kompositmaterial , är dess materialegenskaper och tillverkning mycket lik bulk-aluminiumplåt. Det har mycket mindre gemensamt med kompositstrukturer när det gäller design, tillverkning, inspektion eller underhåll. Bländande delar är konstruerade och reparerade med mestadels konventionella metallbearbetningstekniker.
Dess stora fördelar jämfört med konventionellt aluminium är:
- Bättre " skadetolerans " beteende, särskilt vid stötar och metalltrötthet . Eftersom den elastiska töjningen är större än andra metallmaterial [ citat behövs ] kan den förbruka mer slagenergi. Den bucklas lättare men har högre penetrationsmotstånd.
- Bättre korrosionsbeständighet .
- Bättre brandmotstånd .
- Lägre specifik vikt .
Vidare kan materialet skräddarsys under design och tillverkning så att antalet, typen och inriktningen av skikten kan passa de lokala påfrestningarna och formerna i flygplanet. Detta möjliggör produktion av dubbelböjda sektioner, komplexa integrerade paneler eller mycket stora plåtar.
Medan en enkel tillverkad plåt av Glare är tre till tio gånger dyrare än en motsvarande aluminiumplåt, kan avsevärda produktionsbesparingar göras med den ovan nämnda optimeringen. En struktur byggd med bländning är lättare och mindre komplex än en likvärdig metallstruktur, kräver mindre inspektion och underhåll och har en längre livslängd till fel . Dessa egenskaper kan göra Glare billigare, lättare och säkrare att använda på lång sikt.
Historia
Glare är en relativt framgångsrik FML, patenterad av det holländska företaget Akzo Nobel 1987. Den kom in i stor ansökan 2007, när Airbus A380- flygplanet började trafikera. Mycket av forskningen och utvecklingen gjordes på 1970- och 1980-talen vid fakulteten för flyg- och rymdteknik, Delfts tekniska universitet, där professorer och forskare avancerade kunskapen om FML och fick flera patent, till exempel en skarvningsteknik för att bygga bredare och längre paneler utan att kräva yttre fogar.
Utvecklingen av FML speglar en lång historia av forskning som startade 1945 på Fokker , där tidigare bindningserfarenhet vid de Havilland inspirerade undersökningar av de förbättrade egenskaperna hos limmade aluminiumlaminat jämfört med monolitiskt aluminium. Senare blev United States National Aeronautics and Space Administration ( NASA) intresserade av att förstärka metalldelar med kompositmaterial i Space Shuttle- programmet, vilket ledde till introduktionen av fibrer till bindningsskikten. Därmed föddes begreppet FML.
Ytterligare forskning och samarbete mellan Fokker och Delft University , det holländska flyg- och rymdlaboratoriet NLR , 3M , Alcoa och olika andra företag och institutioner ledde till den första FML:en Aramid Reinforced Aluminium Laminates (ARALL), som kombinerade aluminium med aramidfibrer och patenterades 1981. Detta material hade vissa kostnads-, tillverknings- och applikationsproblem; medan det hade mycket hög draghållfasthet, visade sig materialet vara suboptimalt vad gäller tryckhållfasthet, belastning utanför axeln och cyklisk belastning. Dessa problem ledde till en förbättrad version med glasfiber istället för aramidfibrer.
Under utvecklingen av materialet, som tog mer än 30 år från start till den stora applikationen på Airbus A380 , har många andra produktions- och utvecklingspartners varit involverade, inklusive Boeing , McDonnell Douglas , Bombardier och det amerikanska flygvapnet. . Företagen drog sig med tiden ur detta engagemang, ibland för att komma tillbaka efter ett par år. Till exempel Alcoa 1995, återvände 2004 och drog sig tillbaka igen 2010. Det påstås att oenighet mellan några av dessa partners fick Boeing att ta bort Glare från lastgolvet på Boeing 777 1993 (innan flygplanets tjänstetillträde i 1995) och blockerade Bombardiers planer på att använda Glare i sina CSeries- flygplan 2005. Dessa strategiska beslut visar innovationsprocessernas dynamiska natur.
Ansökningar
Bländning har oftast använts inom flygområdet. Den utgör en del av Airbus A380 -kroppen och den främre kanten av bakytan. 1995 blev en flygplansfraktcontainer gjord av Glare den första containern som certifierats av Federal Aviation Administration (FAA) för sprängmotstånd; behållaren kan absorbera och neutralisera explosionen och elden från en bomb som den som användes i Pan Am Flight 103- katastrofen över Lockerbie , Skottland 1988. Bländning har också använts i det främre radomskottet på affärsjetplanet Bombardier Learjet 45 , som först levererades 1998. Materialet användes som en fraktlinjelösning för regionala jetplan , i de nedre skalen på flikarna i Lockheed Martin C-130J Super Hercules militära transportflygplan och i remmar för de högst belastade ramarna i Airbus A400M militärtransportör.
Sorter och nomenklatur
Det finns sex standardkvaliteter för bländning (Glare1 till Glare6) med typiska densiteter som sträcker sig från 2,38 till 2,52 gram per kubikcentimeter (0,086 till 0,091 lb/cu in), [ citat behövs ] vilket liknar 2,46 till 2,49 g / cm 3 ( 0,089 till 0,090 lb/cu in) densitet av S-2 glasfiber . Dessa densiteter är mindre än densiteten på 2,78 g/cm 3 (0,100 lb/cu in) för 2024-T3 aluminiumlegering, en vanlig aluminiumlegering i flygplansstrukturer som också ingår i alla utom en av dessa Bländningskvaliteter. (Glare1 använder istället legeringen 7475-T761.) Eftersom styrkan hos kompositen varierar med fiberriktningen, skiljer sig Bländningskvaliteterna med antalet och komplexiteten hos pre-preg-skikt och orienteringar i ett kompositskikt. [ Citat behövs ] Varje Glare-klass har A- och B-varianter som har samma antal lager men med alternativa fiberorienteringar. Standardkvaliteterna av Bländning härdas i en autoklav vid 120 °C (248 °F) i 3,5 timmar under 11 bars tryck (11 atm; 160 psi; 1 100 kPa), och de använder FM94 epoxipre-preg.
| Betyg (skiktorientering, i grader) | Fördelar |
|---|---|
| 1 (0°/0°) | Trötthet, styrka, flytstress |
| 2A (0°/0°) | Utmattningshållfasthet |
| 2B (90°/90°) | Utmattningshållfasthet |
| 3A (0°/90°) | Trötthet, påverkan |
| 3B (90°/0°) | Trötthet, påverkan |
| 4A (0°/90°/0°) | Trötthet, styrka i 0° riktning |
| 4B (90°/0°/90°) | Trötthet, styrka i 90° riktning |
| 5A (0°/90°/90°/0°) | Påverkan |
| 5B (90°/0°/0°/90°) | Påverkan |
| 6A (+45°/-45°) | Skjuvning, off-axel egenskaper |
| 6B (-45°/+45°) | Skjuvning, off-axel egenskaper |
Ett enstaka ark av bländning kan hänvisas till med namnkonventionen GLARE-kvalitet - Aluminiumskikt / Glasfiberskikt - Aluminiumskikttjocklek . Antalet aluminiumskikt är alltid ett fler än antalet glasfiberskikt, och aluminiumskiktets tjocklek är i millimeter, vilket kan variera från 0,2 till 0,5 mm (0,0079 till 0,0197 tum; 7,9 till 19,7 mil). aluminiumskikt med en tjocklek på 0,3 till 0,4 mm (0,012 till 0,016 tum; 12 till 16 mils). B-variant) där det finns fyra aluminiumlager och tre glasfiberlager, och tjockleken på varje aluminiumlager är 0,4 mm (0,016 tum; 16 mils). (Däremot är ett typiskt pappersark 0,097 mm (0,004 tum; 4 mils) tjockt, medan ett typiskt visitkort är 0,234 mm (0,009 tum; 9 mils) tjockt.)
Tjockleken på en Bländningskvalitet behöver inte specificeras separat, eftersom varje pre-preg-skikt har en nominell tjocklek på 0,125 mm (0,0049 tum; 4,9 mils), och antalet skikt är redan definierat för ett Bländningsklassnummer. Bländningsklasserna 1, 2, 3 och 6 har bara två lager av glasfiber, så tjockleken på ett individuellt glasfiberskikt är 0,25 mm (0,0098 tum; 9,8 mils). Glare4 har tre lager, så dess glasfiberlager är vardera 0,375 mm (0,0148 tum; 14,8 mils) tjocka. Glare5 har fyra lager, med individuella glasfiberlager på 0,5 mm (0,020 in; 20 mils) tjocklek. [ citat behövs ] Bländningsark har typiska totala tjocklekar mellan 0,85 och 1,95 mm (0,033 och 0,077 tum; 33 och 77 mils).
Andra, mindre vanliga kvaliteter och beteckningar av aluminium/glasfiberhybrider finns också. En nyare klass av bländning, kallad High Static Strength Glare (HSS Glare), innehåller 7475-T761-legeringen och härdar vid 175 °C (347 °F) med FM906 epoxipre-preg. HSS Glare finns i tre kvaliteter (HSS Glare3, HSS Glare4A och HSS Glare4B), som speglar skikten och orienteringarna för deras motsvarande standard Glare-kvaliteter. Ryssland, som vid ett tillfälle skulle införliva Glare i sitt Irkut MS-21 smalkroppsflygplan, hänvisar till sin version av Glare som SIAL. Namnet är en översättning från den ryska akronymen för glasfiber och aluminium/plast (С.И.А.Л.). Den definierar kvaliteterna SIAL-1 till SIAL-4, som vanligtvis innehåller andra generationens ryska aluminium-litiumlegering 1441 och varierar i densitet från 2,35 till 2,55 g/cm 3 (0,085 till 0,092 lb/cu in). SIAL används i vingtäckningen av det amfibiska sjöflygplanet Beriev Be-103 . Airbus baserar sina materialbeteckningar på den underliggande aluminiumlegeringen och använder prefix som 2024-FML, 7475-FML och 1441-FML istället för Glare och HSS Glare.
| Material | Al 2024-T3 | Bländning3-4/3-0,4 |
|---|---|---|
| Brottgräns | 440 (64) | 620 (90) |
| Sträckgräns | 325 (47,1) | 284 (41,2) |
| Tryckhållfasthet | 270 (39) | 267 (38,7) |
| Bärstyrka | 890 (129) | 943 (136,8) |
| Trubbig hackstyrka | 410 (59) | 431 (62,5) |
| Youngs modul | 72 400 (10 500) | 58 100 (8 430) |
| Skjuvmodul | 27 600 (4 000) | 17 600 (2 550) |
Tillverkning av Airbus delar
Bländning bidrar med 485 kvadratmeter (5 220 sq ft) material till varje A380-plan. Detta material utgör tre viktprocent av A380-strukturen, som har en tomvikt (OEW) på 277 000 kg (610 700 lb; 277,0 t; 305,4 korta ton). På grund av den tio procent lägre densiteten hos Glare jämfört med en typisk fristående aluminiumlegering, resulterar Glares användning på A380 i en uppskattad direkt (volymbaserad) besparing på 794 kg (1 750 lb; 0,794 t; 0,875 korta ton), vilket inkluderar inte de efterföljande viktbesparingarna i hela flygplansstrukturen som är ett resultat av den lägre materialvikten. Till exempel beräknade en intern Airbus-studie från 1996 att viktbesparingen från Glare i den övre flygkroppen skulle vara 700 kg (1 500 lb; 0,70 t; 0,77 korta ton) från bara det lättare materialet, men det skulle uppgå till 1 200 kg (2 600 lb; 1,2 t; 1,3 korta ton) på grund av "snöbollseffekterna" av mindre motorer, mindre landningsställ och andra positiva förändringar. (Detta är dock mycket mindre än en Airbus vicepresidents tidiga påstående att Glare skulle resultera i 15 000 till 20 000 kg (33 000 till 44 000 lb; 15 till 20 t; 17 till 22 korta ton) av besparingar, förmodligen om den användes under de flesta av flygplanet.)
För att dra fördel av Glares högre draghållfasthet används 469 m 2 (5 050 sq ft) på den övre flygkroppen av de främre och bakre sektionerna. Bländning togs bort från mitten övre flygkroppen 2000 som för skjuvhållfasthet (även om Glare-leverantören ansåg att den kunde ha hanterat det området), och flygkroppens undersida är gjord av andra material med högre Youngs modul (styvhet) värden för att motstå buckling .
I flygkroppen appliceras Glare2A på stringers , Glare2B på rumpsbanden och Glare3 och Glare4B på flygkroppens skal. Sent i utvecklingsprocessen för A380 visade det sig att planet var tyngre än de ursprungliga specifikationerna, så Airbus ersatte konventionellt aluminium med Glare5 som en viktbesparande åtgärd för framkanterna av den horisontella stabilisatorn och den vertikala stabilisatorn , men till stora kostnader. A380 Glare flygkroppshudpaneler har en minsta tjocklek på 1,6 mm (0,063 in; 63 mils) men kan vara mycket tjockare, eftersom vissa delar av skalen kan behöva upp till 30 lager aluminium och 29 lager glasfiber.
Bländning tillverkas för närvarande av GKN -Fokker och Premium AEROTEC . GKN-Fokker tillverkar 22 av de 27 A380 Glare flygkroppsskalen på sin 12 000 m 2 anläggning (130 000 sq ft) i Papendrecht , Nederländerna , som använder en autoklav med en längd på 23 meter (75 ft) och en diameter på 18,5 m (18,5 m) med). Företaget tillverkar plåtar på 3 gånger 12 m (9,8 x 39,4 fot), som inkluderar fräsning av dörr- och fönsterurskärningar på en 5-axlig fräsmaskin. Premium AEROTEC tillverkar de återstående fem skalen i Nordenham , Tyskland i en autoklav med en användbar längd på 15 m (49 fot) och en innerdiameter på 4,5 m (15 fot). Företaget tillverkar även Glare2A-rumpsbanden för A400-programmet. Dess produktion var 200 m 2 (2 200 sq ft) per månad från och med 2016.
När Airbus avslutar produktionen av A380 2021, kommer Glare att gå ur volymproduktion om den inte väljs ut för ett annat flygplanstillverkningsprogram.
Framtida utveckling
Sedan omkring 2014 har Airbus , dess två nuvarande Glare-leverantörer, och Stelia Aerospace samarbetat för att tillverka Glare i en högvolym, automatiserad produktionsmiljö som kommer att leverera större flygkroppspaneler för aluminiumflygplan. Genom att använda robotar för tejpläggning och andra uppgifter kommer automatiserad produktion att involvera en engångsbindningsprocess som kommer att härda aluminium, pre-preg, stringer och doublers samtidigt i autoklaven, följt av en enda icke-förstörande testcykel (NDT) istället för stringers och doublers kräver en andra bindnings- och NDT-cykel i den befintliga processen. Tron är att materialet kommer att minska flygkroppsvikten med 15 till 25 procent jämfört med de aluminiumsektioner de skulle ersätta på flygplan med en gång, som Boeing 737 och Airbus A320 . (Innan tillkännagivandet av A380-produktionsstoppet var automatiseringsprogrammet också avsett att sänka vikten av A380-bländningssektionerna med 350 kg (770 pund; 0,35 ton; 0,39 korta ton) till en tillverkningskostnad på 75 % av den befintliga A380:an Bländningspaneler.)
För att stödja dessa produktionsmål för flygplan med en gång, planerade GKN-Fokker att öppna en automatiserad produktionslinje på sin plats 2018, med målet att tillverka paneler på upp till 8 gånger 15 m (26 gånger 49 fot) i storlek och öka produktionshastighet med en faktor tio. Genom att sikta på en femtiofaldig ökning av produktionskapaciteten för bländning till 10 000 m 2 (110 000 sq ft) per månad, planerade Premium AEROTEC att uppdatera sin automatiserade testcell under sommaren 2018 för att tillverka demonstratorpaneler på 4 gånger 12 m (13 gånger 39 fot) . Denna storlek kommer att matcha de största bländningspanelerna som potentiellt kan användas av Airbus i flygplan med kort räckvidd och medeldistans. Bländningsautomatiseringsprocessen för 2 gånger 6 m (6,6 x 19,7 fot) prototyper nådde teknologisk beredskapsnivå (TRL) 4 i slutet av 2016, översteg TRL 5 från och med 2018 och har ett slutligt mål på TRL 6.
2014 byggde och testade Embraer en 2,2 m diameter (7,2 fot; 2 200 mm; 87 tum), 3 m lång (9,8 fot) teknologidemonstrator som delvis var gjord av FML och var baserad på den centrala flygkroppen på dess ERJ- 145 flygplan . Senare arbetade Embraer med Arconic (tidigare Alcoa ) för att bygga en demonstrator för en nedre vinghud bestående av fiber-metalllaminat, som innehöll ark av 2524-T3 aluminiumlegering och enkelriktade lager av glasfiber. Embraer byggde och testade vingdemonstratorn för att öka TRL för FML-tillverkningsprocessen så att den kan tillämpas på framtida strukturella applikationer. [ citat behövs ] Undervingsskal på flygplan med en gång är tjockare än flygkroppsskal, som mäter minst 8 mm (0,31 tum; 310 mils) tjocka totalt och mellan 10 till 15 mm (0,39 till 0,59 tum; 390 till 590 mils) tjocka mellan flygkroppen och motorfästet.
Se även
Bibliografi
- Vermeeren, Coen, red. (2002). Runt GLARE: Ett nytt flygplansmaterial i sammanhanget . Dordrecht, Nederländerna: Kluwer Academic Publishers. doi : 10.1007/0-306-48385-8 . ISBN 978-1-4020-0778-1 . OCLC 50164548 . Hämtad 13 december 2018 .
- Vlot, Ad; Gunnink, Jan Willem (2001). Fibermetalllaminat: En introduktion . Dordrecht, Nederländerna: Kluwer Academic Publishers. doi : 10.1007/978-94-010-0995-9 . ISBN 978-1-4020-0391-2 . OCLC 851368334 . Hämtad 20 januari 2019 .
- Vlot, Ad (2001). GLARE: Historia om utvecklingen av ett nytt flygplansmaterial . Dordrecht, Nederländerna: Kluwer Academic Publishers. doi : 10.1007/0-306-48398-X . ISBN 978-1-4020-0124-6 . OCLC 751538109 . Hämtad 15 januari 2019 .