I. Overflatematerialer
De fleste bikakestrukturer som brukes i flykonstruksjon har overflatematerialer av aluminium, glassfiber, kevlar® eller karbonfiber. Overflatepaneler i karbonfiber kan ikke brukes med aluminiums bikakekjernematerialer fordi det forårsaker korrosjon av aluminiumet. Titan og stål brukes til spesialapplikasjoner i høytemperaturstrukturer. Dekledningsmaterialene for mange komponenter, som spoilere og flykontroller, er veldig tynne, noen ganger bare 3 til 4 tykkelser (som betyr mm). Parametriske rapporter har vist at disse frontplatene ikke har god slagfasthet.
Ⅱ. Kjernematerialer
2.1 Honeycomb kjerne
Hvert honeycomb kjernemateriale kan ha visse gode egenskaper. Som vist i figur 19, er det vanligste kjernematerialet som brukes for flybikakestrukturer aramidpapir (Nomex® eller Korex®). Glassfibre brukes til applikasjoner med høyere styrke.
Figur 19: Honeycomb kjernematerialer
-Kraftpapir - Styrken er relativt lav, brukt i store mengder på grunn av gode isolasjonsegenskaper og lave kostnader.
-Termoplast - Dens termiske masse isolerer godt, absorberer godt eller kan tilbakestilles for orientering, fuktighet og kjemikaliebestandighet. Den er miljøvennlig, estetisk tiltalende og relativt lav pris.
Aluminium - optimal styrke, høyt vekt-til-vektforhold og energiabsorpsjon, gode varmeoverføringsegenskaper, elektromagnetiske skjermingsegenskaper, enkel behandling, relativt lave kostnader.
-Stål-Gode varmeoverføringsegenskaper, elektromagnetiske skjermingsegenskaper og varmebestandighet.
-Spesialmetaller (titan)-med relativt høy styrke, vektforhold, god varmeoverføringsytelse, kjemisk motstandsdyktighet og varmebestandighet mot høye temperaturer.
-Aramidpapir- Med brannmotstand, flammehemmende, gode isolasjonsegenskaper, lave dielektriske egenskaper og enkel støping.
-Glassfiber- Den har enkel skjærkraft, lav dielektrisitet, god isolasjon og enkel støping.
-Karbonfiber-det opprettholder stabiliteten til karbon, høy temperatur, høy stivhet og svært lav varmeutvidelseskoeffisient, lett å kontrollere den termiske ledningsevnen, skjærmodulen er relativt høy, men dyr.
-Keramikk - Dens varmebestandighet ved høye temperaturer er god, god isolasjon og har en veldig liten cellestruktur, men dyr.
Honeycomb-kjerner for romfartsapplikasjoner er vanligvis sekskantede. Disse kjernene er laget av spesialplasserte, stablede, stablede tynne ark. De stablede arkene strekkes til en sekskantet form. De som strekker seg i horisontal retning blir referert til som striperetning.
En dikotom sekskantet kjerne har et annet lag med materialkryss-kuttet inn i hver sekskant. En dikroisk honeycomb er hardere og sterkere enn en sekskantet kjerne. En overstrukket kjerne lages ved å utvide papiret for å lage sekskanter. Overstrakte kjerner har en rektangulær kjerne. Overstrakte kjerner er fleksible vinkelrett på båndretningen, ved hjelp av enkle kurver. En klokkeformet-kjerne, eller buet kjerne, har et buet kjernemateriale som gjør den fleksibel i alle retninger. Klokke-formede kjernekjerner brukes i retning av paneler med komplekse kurver.
Honeycomb-kjerner er tilgjengelig i forskjellige kjernestørrelser. Mindre størrelser gir bedre styrke for sandwichpanelets styrke. Honeycomb-kjerner kommer også i forskjellige tettheter. Honeycomb-kjerner med høyere tetthet er stivere og sterkere enn kjerner med lavere tetthet. Som vist i figur 20.
Figur 20: Honeycomb kjerne
2.2 Skum
Skumkjerne brukes i boligkonstruksjoner og lette fly for å gi støtte og form for vingespisser, flykontroller, flykroppsseksjoner, vinger og vingeribber. Skumkjerne brukes ikke ofte i kommersielle fly. Skum er vanligvis tyngre og mindre robust enn honeycomb-kjerner. Ulike skum som kan brukes som kjernemateriale inkluderer:
-Polystyren (mer kjent som polystyrenskum)-Aerospace-polystyrenskum med en tett lukket cellulær kjernestruktur uten tomrom mellom cellene; høy trykkfasthet og god motstand mot vanninntrengning; kan kuttes med en varm tråd og lages til vingeformer.
-Fenolisk - God brannmotstand, kan ha svært lav tetthet, men dens mekaniske egenskaper er relativt lave.
-Polyuretan - Brukes i produksjon av flykropper, vingespisser og andre buede deler for små fly; relativt billig, flammebestandig-og kompatibel med de fleste lim; polyuretanskum kan ikke kuttes med en varm ledning; lett å konturere med store kniver og slipeutstyr.
-Polypropylen - Brukes til å lage bevingede former; kan kuttes med varm ledning; kompatibel med de fleste lim og epoksyharpikser; ikke til bruk med polyesterharpikser, løselig i drivstoff og løsemidler.
-Polyvinylklorid (PVC) (Divinycell, Klegecell og Airex)-Det er et lukket-celleskum med middels til høy tetthet med høy kompresjonsstyrke, holdbarhet og utmerket brannmotstand; kan vakuumformes til komposittformer og støpes ved hjelp av termoforming; kompatibel med polyester, vinylester og epoksyharpikser.
-Poly(metakrylimid) (Rohacell) - lukket-celleskum for lette sandwichstrukturer; utmerkede mekaniske egenskaper, stabil ved høye temperaturer, god løsningsmiddelbestandighet, enestående krypkompresjonsmotstand; dyrere enn andre typer skum, men med suverene mekaniske egenskaper.
III. Skader i produksjon og bruk
3.1 Produksjonsfeil
Produksjonsfeil inkluderer:
-Delaminering (delaminering)
-Områder med harpiksmangel
-Områder med harpiksoverskudd
-Blister, bobler
-Rynker
-Uthulinger
-Termisk dekomponering
Produksjonsskader omfatter uregelmessigheter som porøsitet, mikro-sprekker og delaminering forårsaket av maskineringsforskjeller. Det inkluderer også ting som utilsiktede kantkutt, overflatehull og riper, skadede festehull og støtskader. Eksempler på defekter som oppstår under produksjonsprosessen inkluderer forurensede bindingsoverflater eller inneslutninger, slik som prepreg-foringer eller slippfilmer, som utilsiktet blir liggende mellom lagene under oppleggsprosessen. Utilsiktet (ikke-behandling) skade på detaljdeler eller komponenter kan oppstå under montering, transport eller håndtering.
Hvis det brukes for mye harpiks i en del, kan det være harpiks overbelastet, noe som ikke nødvendigvis er dårlig for ikke-strukturelle bruksområder, men det øker vekten. Hvis for mye harpiks renner ut under herdeprosessen, eller hvis det ikke påføres nok harpiks under våtoppleggingsprosessen, sies delen å være harpiksutsultet. Harpiks-berøvede områder avsløres av fiberoverflaten. Et forhold mellom fiber og harpiks på 60:40 anses som optimalt.
Kilder til produksjonsfeil inkluderer:
-Feilaktig herding eller behandling
-Feil behandling
-Feil håndtering
-Feilaktig boring
-Drypp av verktøy
-Forurensning
-Feil sliping
-Ukvalifisert materiale
-Upassende verktøy
-Problemer med boreaksel eller detaljering
I strukturelle konfigurasjoner av kompositter kan skade oppstå i flere lag. Dette spenner fra skade på matrisen og fibrene til svikt i ødelagte elementer og festede eller boltede fester. Skadegraden kontrollerer gjentatt belastningslevetid og gjenværende styrke og er avgjørende for skadetoleranse.
3.2 Fiberbrudd
Fiberbrudd kan være kritisk fordi strukturer vanligvis er designet for å være fiber-dominert (dvs. fibre bærer mesteparten av belastningen). Heldigvis er fiberbrudd vanligvis begrenset til området nær treffpunktet og begrenses av størrelsen og energien til støtobjektet. Bare noen få servicerelaterte-elementer i den forrige enheten kan resultere i omfattende fiberskade.
3.3 Substandard matrise (inhomogen celle)
Matrisedefekter oppstår vanligvis ved matrise-fibergrensesnittet eller ved matrisen parallelt med fibrene. Disse defektene forringer noe av materialets egenskaper, men har sjelden kritisk effekt på strukturen med mindre matrisenedbrytning er utbredt.
Akkumulering av sprekker i matrisen kan føre til forringelse av matrisedominerte-egenskaper. For laminater designet for å overføre belastninger med fiber (fiber-dominert), observeres også kun mindre forringelse av egenskaper når matrisen er alvorlig skadet. Matrisesprekking eller mikrocracking kan betydelig forringe egenskaper avhengig av harpiks- eller fiber-harpiksgrensesnittet, slik som interlaminær skjær- og kompresjonsstyrke. Mikrocracking kan ha en svært skadelig effekt på ytelsen til høytemperaturharpikser. Matrisedefekter kan utvikle seg til delamineringer, en mer alvorlig type skade.
3.4 Delaminering og de-klebing
Delaminering dannes ved grensesnittet mellom lagene i et laminat. Delamineringer kan dannes av matrisesprekker eller lav-energipåvirkning som strekker seg fra basen til mellomlaget. Bindinger kan også dannes ved produksjonsprosessen langs bindingslinjen mellom to elementer og begynner å delaminere (delaminere) i nabolaminater. Under visse forhold kan delaminering eller liming vokse under gjentatt lasting og kan føre til katastrofal skade når laminatet belastes. Kritiskheten av delaminering eller binding avhenger av:
-Dimensjoner.
-Antall delamineringer på et gitt sted.
-Plassering - i tykkelsen på laminatet, i strukturen, nær frie kanter, områder med spenningskonsentrasjon, geometriske diskontinuiteter osv.
-Belastninger - Oppførselen til delaminering og liming avhenger av typen lasting. De har liten effekt på responsen til et strekklaminat. Under trykk- eller skjærbelastning kan imidlertid under-lag ved siden av delaminerte eller skrellede enheter bøyes og føre til lastomfordelingsmekanismer som kan føre til strukturell skade.
3.5 Skadekombinasjoner
Generelt kan påvirkningshendelser forårsake en rekke skader. Høye-energipåvirkninger fra store gjenstander (f.eks. turbinblader) kan føre til komponentfragmentering eller festefeil. Den resulterende skaden kan omfatte betydelig fibersvikt, matrisesprekker, delaminering, brudd på festene og avisolerte komponenter. Skader fra lav-energipåvirkning er lettere å kontrollere, men kan også omfatte en kombinasjon av fiberbrudd, matrisesprekker og flere delamineringer.
3.6 Feil på festehull
Feil borede hull, dårlig installerte festemidler og manglende festemidler kan forekomme under produksjonsprosessen. Under service kan det oppstå forlengelse av stykkehull på grunn av gjentatte lastesykluser.
3.7 Feil ved service
Servicefeil inkluderer:
- Miljøskader
- Slagskade
- Tretthet
- Sprekker forårsaket av lokaliserte overbelastninger
- Avbinding (liming)
- Delaminering
- Fiberbrudd
- Korrosjon
De fleste honeycomb-kjernestrukturer, som vingespoilere, kåper, flykontroller og landingsutstyrsdører, har svært tynne overflatepaneler. Opplever holdbarhetsproblemer, kan de grovt kategoriseres i tre grupper: lav slagfasthet, væskeinntrengning og erosjon (korrosjon). Disse strukturene har tilstrekkelig stivhet og styrke, men er mindre motstandsdyktige mot servicemiljøer der deler krypes over, verktøy slippes og servicepersonell vanligvis ikke innser sårbarheten til sandwichkomponenter med tynne{{2} huder. Skader på disse komponentene, slik som kjerneknusing, støtskader og forskyvning, oppdages vanligvis lett ved visuell inspeksjon på grunn av deres tynne overflater. Imidlertid blir de noen ganger oversett eller skadet av servicepersonell som ikke ønsker å forsinke flyavganger eller gjøre oppmerksom på ulykker som kan påvirke ytelsen deres. Som et resultat blir skade noen ganger ukontrollert, noe som ofte fører til økt skade på grunn av væske som kommer inn i kjernen. Uholdbare designdetaljer (f.eks. feil kuttede honeycomb-kjernekanter) kan også føre til at væske trenger inn.
Restaurering på grunn av væsker som kommer inn i delen kan variere fra væske til væske, oftest vann eller hydraulisk væske. Vann har en tendens til å forårsake ytterligere skade i reparerte deler med mindre all fuktighet fjernes fra delen. De fleste restaureringsmaterialesystemer herder ved temperaturer over kokepunktet til vann, noe som kan føre til avbinding ved hud-kjernegrensesnittet, noe som resulterer i at vann samler seg overalt. Av denne grunn utføres kjernesyklustørking vanligvis før enhver restaurering. Noen operatører tar det ekstra trinnet å tørke skadede, men ikke reparerte deler i en høytrykkstank for å forhindre at ytterligere skade oppstår under reparasjonen. Hydraulikkvæske er en annen sak. Når kjernen av sandwichpanelet er mettet, er det nesten umulig å fjerne hydraulikkvæsken helt. Selv under herdeprosessen vil seksjonen fortsette å lekke væske til den lekkende forurensningen er fullstendig fjernet. Fjerning av den forurensede honeycomb-kjernen og limet anbefales sterkt som en del av restaureringen. Som vist i figur 21
Figur 21: Skade på radome honeycomb sandwich struktur
Kompositter er kjent for å ha en lavere erosiv kapasitet enn aluminium, så de unngås ofte for påføring på spissoverflater. Imidlertid har kompositter blitt brukt i svært komplekse geometrier, men vanligvis i forbindelse med korrosjonsbelegg. Noen korrosjonsbelegg er ikke ideelle for slitestyrke eller vedlikehold. Et annet problem, ikke så åpenbart som det første, er erosjon av kantene på dører eller paneler hvis de utsettes for luftstrømmer. Denne erosjonen kan skyldes design eller installasjon (feil installasjon). På den annen side kan metallkonstruksjoner i kontakt med eller i nærheten av disse komposittkomponentene vise korrosjonsskader på grunn av feil valg av aluminiumslegeringer, korrosiv tetningsmasse på metallkomponentene under montering eller skjøting, utilstrekkelig tetningsmiddel eller mangel på glassfiberbarriere ved grensesnittet mellom bjelker, ribber og beslag. Som vist i figur 22
Figur 22: Korrosjonsskade på vingespissen (tupp)
3.8 Korrosjon
De fleste glassfiber- og kevlar®-deler har et utmerket aluminiumsnett for lynbeskyttelse. Dette aluminiumsnettet korroderer ofte rundt bolt- eller skruehull. Korrosjon påvirker den elektriske bindingen av panelet og krever fjerning av aluminiumsnettet og installasjon av et nytt nett for å gjenopprette den elektriske bindingen til panelet. Som vist i figur 23
Figur 23: Korrosjon av lynbeskyttelsesgitter i aluminium
UV-stråler påvirker styrken til kompositter. Komposittstrukturer må beskyttes mot effekten av UV-lys med et toppstrøk. Spesialiserte UV-primere og belegg er utviklet for å beskytte kompositter.