Medžiagos dizaino analizė

Turinys

• „Trunnion“ funkcijos
• Apribojimai ir tikslai
• Nemokami kintamieji
• Medžiagų analizė
• Medžiagų patvirtinimas
• Išvada
• Cituoti darbai

Claire Miller studijuoja aviacijos ir kosmoso inžinerijos laipsnį ir šiuo metu dėl disertacijos kovoja su MATLAB. Užkandžiai yra laukiami.

Orlaivio važiuoklei keliami keli reikalavimai. Jis turi sugebėti sugerti smūgio energiją iš tūpimo, leisti valdyti orlaivį ir galiausiai palaikyti orlaivį, kai jis yra ant žemės. Remiantis turimomis technologinėmis žiniomis, dauguma orlaivių dabar turi ištraukiamas važiuokles, kad sumažintų parazitinį pasipriešinimą, kurį patiria orlaivis - tai dar viena važiuoklės techninė specifikacija.

Konkreti važiuoklės sistemos dalis, kurią tirs ši ataskaita, yra bagažinė. Tai yra fiksuota konstrukcinė atrama, kuri yra važiuoklės statramsčio viršutinio statramsčio cilindro dalis (arba pritvirtinta prie jo). Jame yra guolių paviršiai, leidžiantys sukti visą reduktorių, kad būtų galima vairuoti.

Šioje ataskaitoje bus išnagrinėti stūmoklio tikslai ir funkcijos bei ištirtos tinkamiausios medžiagos, kurios galėtų būti naudojamos komponentui. Konkrečiai, ataskaitoje bus nagrinėjama „F-35“ jungtinio smūgio naikintuvo uosto pagrindinio rato važiuoklėje naudojama dalis, nes 2017 m. Sausio mėn. Gynybos departamentas rekomendavo F-35C važiuoklės taisymą („Mizokami“, 2017 m.). Iš to galima sudaryti medžiagų ir gamybos metodų, kuriuos būtų galima naudoti, atvejo analizę ir palyginti tai su tuo, kas šiuo metu naudojama ir ką siūlo akademiniai darbai bei žurnalai.

„Trunnion“ funkcijos

Anot Dale Crane aviacijos techninės priežiūros specialistų knygų serijos 1 tome, strypai yra „iškyšos iš ištraukiamo važiuoklės statramsčio cilindro, apie kurį statramstis pasisuka“ (Crane, 2006). „Trunnion“ tikslas yra konstrukciškai paremti važiuoklę, kad ji išlaikytų orlaivio svorį, kai jis neskraido. Tai apima kilimo, tūpimo ir riedėjimo metu, taip pat stovint, todėl važiuoklė yra veikiama keleto skirtingų įtempių ir įtempimų skirtingomis kryptimis, nevienodai, atsižvelgiant į atliekamą užduotį ir aplinkos tipą. į. Pagal aplinką svarbu atsižvelgti į įvairias situacijas, pvz., Nusileidimo paviršiaus tipą - ar tai būtų asfaltas, sniegas, žolė ir kt. aukštis nuo jūros lygio; ir piloto įvestys, tokios kaip staigūs ar laipsniški posūkiai ir stabdymas, grubus ar švelnus nusileidimas ir kt. Yra daug įvairių kintamųjų, kurie gali skirtingai paveikti jėgas, veikiamas orlaivio važiuoklės.

Kitas svarbus dalykas, kuris lemia važiuoklės įtempius ir įtempius, yra važiuoklės konstrukcija. Yra keletas važiuoklės tipų, kurių populiarumas dabar yra triratis - vienas nosinis ratas ir du pagrindiniai ratai - dėl gerų važiavimo ant žemės savybių ir stabilumo. Modernios konstrukcijos metu taip pat populiarios ištraukiamos važiuoklės. Ankstyvieji lėktuvai turėjo fiksuotas važiuokles ir skrido lėtu greičiu, todėl parazitų pasipriešinimas nebuvo pagrindinis dalykas projektuojant. Tačiau kai greitis tapo labai svarbus orlaiviams, buvo įdiegta ištraukiama važiuoklė, siekiant sumažinti šį parazitų pasipriešinimą ir sukurti sklandesnę formą skrendant.

F-35 turi ištraukiamą triratį važiuoklę su „Oleo“ amortizatoriaus statramsčiais, kurie slopina vibraciją ir sugeria smūgio energiją dėl tūpimo smūgio. Tačiau važiuoklės ratlankiai vis dar patiria tam tikrus kirpimo įtempius dėl nusileidimo įtakos ir orlaivio svorio, kai statinis ir riedėjimo metu. Priekyje esančio nosies rato pakaba taip pat pakeltų vairo sukimo momentą, o kai važiuoklė bus įtraukta ir nuleista.

Apribojimai ir tikslai

Medžiagos medžiaga turėtų būti pajėgi atlaikyti daugybę skirtingų tempimo ir šlyties įtempių bei įtempimų per visą jos eksploatavimo laiką, todėl turi aukštą elastingumo modulį ir standumo modulį. Tai taip pat turėtų būti labai sunku, norint sumažinti susidėvėjimą ir nuovargį dėl nuolatinio važiuoklės įtraukimo ir nuleidimo ciklo, nes tai yra pagrindinis ištraukiamosios važiuoklės pagrindinis taškas. Tai taip pat bus naudinga vairuojant.

Kitas labai svarbus suvaržymas yra atsparumas korozijai. Trunnionas ant žemės bus paveiktas elementų. Korozija gali išaugti ir pakenkti orlaivio funkcionalumui ir tinkamumui skraidyti, dėl to gali tekti brangiai remontuoti ir prieš laiką pakeisti komponentus.

Trunnionas taip pat turėtų sugebėti ištverti šoko energiją, kylančią ir nusileidžiančią, kurios važiuoklės amortizacinė sistema galėjo nesugebėti absorbuoti, todėl ji turėtų būti gana tvirta. Tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios Karališkojo laivyno F-35C važiuoklę reikia pertvarkyti. Kilimo ir tūpimo bandymų metu buvo suprasta, kad orlaivis pakildamas padarė „staigų judesį“, o tai „ne tik nemalonu, bet šalmo montuojamas ekranas (HMD) ir deguonies kaukė stumiasi aukštyn ir žemyn prieš piloto žandikaulį“ ( Mizokami, 2017 m.).

Medžiagos, naudojamos bagažinės gamybai, taip pat turėtų būti kuo lengvesnės, nepakenkiant tempimo ir šlyties stiprumo reikalavimams. Kadangi F-35 kaina buvo didžiulė problema visoje jo gamyboje, medžiaga norėtų būti kuo ekonomiškesnė. Kalbant apie apdirbimo sąnaudas, kadangi detalė greičiausiai būtų gaminama CNC frezavimo būdu, medžiagą būtų patogiausia apdirbti, kad būtų sumažinta valandų, kurias kiekviena dalis yra ant mašinos, tačiau vėlgi tai būtų antroji vieta tempimui ir kirpimui. medžiagos stiprumo reikalavimai.

Nemokami kintamieji

Laisvi kintamieji, skirti kėbulo konstrukcijai, būtų riboti. Medžiagos spalva būtų laisvas kintamasis, nes dalis vėliau bus nudažyta.

Medžiagų analizė

Naudojant Ashby medžiagų siužetus (žr. 1 priedą), buvo sudarytas potencialiai tinkamų medžiagų, skirtų F-35C nosies važiuoklės judėjimui, pasirinkimas. Geriausias pasirinkimas yra toks:

• Titano lydiniai
• Plieno lydiniai
• Anglies pluoštu sustiprintas polimeras (CFRP)

Anglies pluoštu sutvirtintame polimere yra anglies pluoštų, sujungtų su polimeru, todėl medžiaga pasižymi labai dideliu stiprumo ir svorio santykiu ir dideliu atsparumu korozijai. Pagrindinė CFRP naudojimo važiuoklėje problema yra medžiagos ir gamybos kaina. CFRP vis dar yra labai brangi medžiaga, kurią reikia pagaminti, ir dėl didelio stiprumo jos apdirbimui reikalingi specialiai pagaminti įrankiai. Volframo įrankiai su deimantine danga yra geriausias pasirinkimas CFRP (Kennametal) apdirbti, tačiau įrankį reikia keisti kas kelis komponentus, o apdirbimo laikas būtų daug ilgesnis nei kitų metalų.

Plieno ir titano lydiniai labai dažnai naudojami orlaivių važiuoklėje, nes jie yra labai tvirti, atlaiko didelius įtempimus ir įtempimus, juos lengviau apdirbti nei kompozitus. Norint apsaugoti juos nuo elementų, jiems reikalinga nerūdijanti danga, tačiau jie vis dar plačiai naudojami orlaivio važiuoklei.

Medžiagų patvirtinimas

Visuomenei yra ribojama informacija apie tikslias medžiagas, kurios šiuo metu naudojamos važiuojant F-35. Tačiau akivaizdu, kad bent dalis jo pagaminta iš kompozicinių medžiagų.

„Fokker Technologies“ - „GKN Aerospace“ padalinys - pasirašė sutartį su „Lockheed Martin“ dėl F-35C važiuoklės dalių tiekimo („Fokker Technologies“, 2015 m.). Olandijos įmonė, įkurta 2011 m., Specializuojasi sraigtasparnių ir orlaivių važiuoklėse. 2015 m. Gavo sutartį dėl F-35 važiuoklės „FE-35“ važiuoklės polimerų matricos kompozicijos (PMC) projektavimo ir plėtros („Fokker Technologies“, 2015 m.). ). Kadangi sudėtinių orlaivių dalių gamyba vis dar yra gana nauja ir labai apgalvota technologija, suprantama, kad konkrečios informacijos yra taip mažai.

Ankstesniuose naikintuvuose ir bombonešiuose, tokiuose kaip „Tornado“ ir „Harrier“, važiuoklėje dėl jų stiprumo ir apdirbamumo buvo naudojami skirtingų rūšių plieno ir titano lydiniai. Medžiagos savybės gali būti dar pagerintos, kad atitiktų detalės paskirtį, naudojant terminį apdorojimą ir dangas. Tačiau šias dalis brangu gaminti atsižvelgiant į medžiagų, darbo jėgos, mašinų ir atliekų sąnaudas. Nuo pradinės šių lėktuvų gamybos prieš daugiau nei 40 metų buvo padaryta nemažai technologinių pažangų, o aviacijos ir kosmoso pramonė dabar labiau linkusi naudoti kompozitus.

„Fokker“ pateikė pareiškimą apie jų PMC technologijos teikiamą naudą, palyginti su tradiciniais metalo lydiniais:

• „Padidėjęs orlaivio našumas dėl svorio sumažinimo iki 30 proc.
• Padidėjęs važiuoklės patvarumas ir tvirtumas
• Metalo korozijos ir įtrūkimų šalinimas “(The Shot Peener, 2011)

Nors kompozitai yra žymiai lengvesni už metalo lydinius, kompozitai yra nepaprastai brangūs, daugiausia dėl to, kad reikia sukurti formą, kad būtų sukurtas pakankamas produktas. Pasigaminti formą ne visada lengva ir dažnai reikia specialisto pagalbos, o tai žymiai padidina gamybos laiką ir kainą.

Tačiau atrodo, kad kompozitai dabar plačiai naudojami orlaivių važiuoklėse. „UTC Aerospace Systems“ - formaliai „Goodrich“ - taip pat dalyvauja tiekiant F-35 važiuoklės dalis, pagamintas iš kompozicinių medžiagų (UTC Aerospace Systems, © 2017).

Išvada

Tiriant skirtingų medžiagų tinkamumą konstrukcinei atramai, pavyzdžiui, bagažinei, buvo pasiūlytas nedidelis tiek tradicinių metalo lydinių, tiek naujoviškesnių kompozitų asortimentas. Kadangi judesiai yra veikiami daugybės skirtingų tiesinių ir kampinių įtempių ir deformacijų, buvo svarstomos medžiagos, turinčios aukštą elastingumo ir standumo modulį, išlaikant kuo mažesnį tankį. Tai lėmė pasirinkimą tarp daugelio metalų lydinių, tokių kaip titanas ir aliuminis, ir sudėtingesnių kompozitų, tokių kaip anglies pluoštu sustiprintas polimeras (CFRP) ir polimerinės matricos kompozicijos (PMC). Kiekviena iš jų turi savo privalumų ir trūkumų: metalinių lydinių dalis gaminti yra lengviau ir pigiau, tačiau kompozitai turi didesnį stiprumo ir svorio santykį.

Nors turimas informacijos kiekis buvo ribotas dėl to, kad F-35 yra šiuo metu kariuomenėje naudojamas orlaivis, „Fokker Technologies“ patvirtino, kad jie teikia PMC dalis važiuoklei. PMC stiprumo ir svorio santykis yra žymiai didesnis, o tai idealiai tinka daugiafunkciniams STOVL lėktuvams. Ateityje bus galima ištirti ankstesnių orlaivių konstrukcijas ir medžiagas, kurios buvo naudojamos ištraukiamoms važiuoklėms per visus metus, siekiant patvirtinti kiekvieną siūlomą medžiagą, ir išsamiau ištirti skirtingus kompozitus.

Cituoti darbai

Kranas, D. (2006). 6 skyrius. Orlaivių tūpimo pavarų sistemos. D. Krane, Orlaivio korpuso 1 tomas: konstrukcijos (p. 427). Niukaslas: aviacijos reikmenys ir akademikai.

„Fokker Technologies“. (2015 m., Lapkričio 19 d.). „Fokker Technologies“ švenčia „F-35 Landos Gear Composite Drag Brace“ programos tęsinį. Gauta iš „Fokker“: http://www.fokker.com/Fokker-celebrates-continuation-of-the-F-35-Landing-Gear-Composite-Drag-Brace-Program

„Fokker Technologies“. (2015). Programos. Gauta 2017 m. Iš „Fokker Technologies“: http://www.fokker.com/Landing_Gear_Programs

Kennametalas. (nd). Anglies pluoštu armuoto polimero (CFRP) apdirbimas. Gauta 2017 m. Balandžio mėn. Iš „Kennametal“: https://www.kennametal.com/en/industry-solutions/aerospace/machining-cfrp-composites.html

Mizokami, K. (2017 m. Sausio 6 d.). Karinio jūrų laivyno F-35 gali prireikti naujos tūpimo pavaros. Gauta iš populiariosios mechanikos: http://www.popularmechanics.com/military/aviation/a24633/navy-f35-landing-gear/

„Shot Peener“. (2011 m., Ruduo). Nauja važiuoklė. „Shot Peener“ , p. 6.

UTC aviacijos ir kosmoso sistemos. (© 2017). Programos - karinės. Gauta iš „UTC Aerospace Systems“: http://utcaerospacesystems.com/cap/programs/Pages/military-aircraft.aspx

Šis straipsnis yra tikslus ir tikras, kiek autorius žino. Turinys skirtas tik informaciniams ar pramoginiams tikslams ir nepakeičia asmeninių ar profesionalių patarimų verslo, finansų, teisiniais ar techniniais klausimais.