Skóra (aeronautyka)

Poszycie samolotu to zewnętrzna powierzchnia pokrywająca większość jego skrzydeł i kadłuba . Najczęściej stosowanymi materiałami są aluminium i stopy aluminium z innymi metalami, w tym cynkiem , magnezem i miedzią .

Historia

W XX wieku aluminium stało się podstawowym metalem w samolotach. Blok cylindrów silnika, który napędzał samolot braci Wright w Kitty Hawk w 1903 roku, był jednoczęściowym odlewem ze stopu aluminium zawierającego 8% miedzi; aluminiowe łopaty śmigieł pojawiły się już w 1907 roku; a aluminiowe osłony, siedzenia, osłony, odlewane wsporniki i podobne części były powszechne na początku pierwszej wojny światowej.

W 1916 roku L. Brequet zaprojektował bombowiec zwiadowczy, który zapoczątkował zastosowanie aluminium w konstrukcji roboczej samolotu. Pod koniec wojny alianci i Niemcy zastosowali stopy aluminium do budowy ram konstrukcyjnych zespołów kadłuba i skrzydeł.

Stopy na elementy płatowców

Płatowiec samolotu był najbardziej wymagającym zastosowaniem stopów aluminium; kronikowanie rozwoju stopów o wysokiej wytrzymałości oznacza również rejestrowanie rozwoju płatowców. Duralumin, pierwszy stop aluminium o wysokiej wytrzymałości, który można obrabiać cieplnie, był początkowo używany do budowy sztywnych sterowców przez Niemcy i aliantów podczas I wojny światowej. Duralumin był stopem aluminium, miedzi i magnezu; powstał w Niemczech i został opracowany w Stanach Zjednoczonych jako Alloy 17S-T (2017-T4). Był używany głównie jako blacha i płyta. Stop 7075-T6 (granica plastyczności 70 000 psi), stop Al-Zn-Mg-Cu, został wprowadzony w 1943 r. Od tego czasu większość konstrukcji samolotów została wykonana ze stopów tego typu. Pierwszym samolotem zaprojektowanym w 7075-T6 był bombowiec patrolowy P2V Marynarki Wojennej. Stop o większej wytrzymałości z tej samej serii, 7178-T6 (granica plastyczności 78 000 psi), został opracowany w 1951 roku; generalnie nie wyparł 7075-T6, który ma lepszą odporność na pękanie. Stop 7178-T6 jest stosowany głównie w elementach konstrukcyjnych, w których wydajność jest krytyczna pod obciążeniem ściskającym.

Stop 7079-T6 został wprowadzony w Stanach Zjednoczonych w 1954 roku. W przypadku kształtowników kutych o grubości powyżej 3 cali zapewnia wyższą wytrzymałość i większą plastyczność poprzeczną niż 7075-T6. Jest teraz dostępny w arkuszach, płytach, wytłoczkach i odkuwkach.

Stop X7080-T7, o wyższej odporności na korozję naprężeniową niż 7079-T6, jest opracowywany dla grubych części. Ponieważ jest stosunkowo niewrażliwy na szybkość hartowania, w grubych przekrojach można uzyskać dobre wytrzymałości przy niskich naprężeniach hartowniczych.

Okładziny ze stopów aluminium opracowano początkowo w celu zwiększenia odporności na korozję blachy 2017-T4, a tym samym zmniejszenia wymagań konserwacyjnych aluminiowych samolotów. Powłoka na arkuszu 2017 - a później 2024-T3 - składała się z aluminium o czystości handlowej, metalurgicznie związanego z jedną lub obiema powierzchniami arkusza.

Ochrona elektrolityczna, występująca w mokrych lub wilgotnych warunkach, opiera się na znacznie wyższym potencjale elektrody aluminium o czystości handlowej w porównaniu ze stopem 2017 lub 2024 w stanie T3 lub T4. Kiedy pojawił się 7075-T6 i inne stopy Al-Zn-Mg-Cu, opracowano stop platerujący aluminiowo-cynkowy 7072, aby zapewnić względny potencjał elektrody wystarczający do ochrony nowych mocnych stopów.

Jednak wysokowydajne samoloty projektowane od 1945 r. W szerokim zakresie wykorzystywały struktury poszycia wykonane z grubej płyty i profili, co wyklucza użycie alcladowych powłok zewnętrznych. W rezultacie wzrosły wymagania dotyczące konserwacji, co stymulowało programy badawczo-rozwojowe w poszukiwaniu stopów o wyższej wytrzymałości i zwiększonej odporności na korozję bez okładzin.

Odlewy ze stopów aluminium były tradycyjnie stosowane w niestrukturalnym sprzęcie lotniczym, takim jak wsporniki kół pasowych, ćwiartki, podwajacze, zaciski, kanały i falowody. Były również szeroko stosowane w złożonych korpusach zaworów hydraulicznych układów sterowania. Filozofią niektórych producentów samolotów nadal jest specyfikowanie odlewów tylko w miejscach, w których awaria części nie może spowodować utraty samolotu. Nadmiarowość w sterowaniu przewodowym i hydraulicznym „pozwala” na zastosowanie odlewów.

Technologia odlewania poczyniła ogromne postępy w ostatniej dekadzie. Tradycyjne stopy, takie jak 355 i 356, zostały zmodyfikowane w celu uzyskania wyższych poziomów wytrzymałości i plastyczności. Nowe stopy, takie jak 354, A356, A357, 359 i Tens 50, zostały opracowane z myślą o odlewach o najwyższej wytrzymałości. Wysokiej wytrzymałości towarzyszy zwiększona integralność strukturalna i niezawodność działania.

Elektryczne zgrzewanie punktowe i liniowe jest stosowane do łączenia konstrukcji drugorzędnych, takich jak owiewki, osłony silnika i podwajacze, z przegrodami i poszyciami. Trudności w kontroli jakości spowodowały niskie wykorzystanie elektrycznego zgrzewania oporowego do konstrukcji pierwotnej.

Spawanie ultradźwiękowe oferuje pewne korzyści ekonomiczne i kontrolę jakości w przypadku łączenia produkcyjnego, szczególnie w przypadku cienkich blach. Jednak metoda ta nie została jeszcze szeroko rozwinięta w przemyśle lotniczym.

Klejenie jest powszechną metodą łączenia zarówno w strukturach pierwotnych, jak i drugorzędowych. Jego wybór zależy od filozofii projektowania producenta samolotu. Okazało się zadowalające przy mocowaniu usztywnień, takich jak sekcje kapeluszowe do arkusza, oraz arkuszy wierzchnich do rdzeni o strukturze plastra miodu. Ponadto klejenie wytrzymuje niekorzystne narażenia, takie jak zanurzenie w wodzie morskiej i atmosfera.

Podstawowe konstrukcje aluminiowe spawane termojądrowo w samolotach praktycznie nie istnieją, ponieważ stosowane stopy o wysokiej wytrzymałości mają niską spawalność i niską wydajność połączeń spawanych. Niektóre stopy, takie jak 2024-T4, mają również obniżoną odporność korozyjną w strefie wpływu ciepła, jeśli są pozostawione w stanie spawanym.

Ulepszone procesy spawania i spawalne stopy o wyższej wytrzymałości opracowane w ciągu ostatniej dekady oferują nowe możliwości dla spawanych konstrukcji podstawowych. Na przykład spawalność i wytrzymałość stopów 2219 i 7039 oraz lutowanie i wytrzymałość X7005 otwierają nowe możliwości projektowania i produkcji konstrukcji lotniczych.

Lekki samolot

Lekkie samoloty mają płatowce wykonane głównie z całkowicie aluminiowej konstrukcji półskorupowej, jednak kilka lekkich samolotów ma konstrukcję nośną z rurowej kratownicy z tkaniną lub aluminiową powłoką lub obiema. Aluminiowa powłoka ma zwykle minimalną praktyczną grubość: od 0,015 do 0,025 cala. Chociaż wymagania dotyczące wytrzymałości konstrukcyjnej są stosunkowo niskie, powłoka wymaga umiarkowanie wysokiej granicy plastyczności i twardości, aby zminimalizować uszkodzenia gruntu spowodowane kamieniami, gruzem, narzędziami mechanicznymi i ogólną obsługą. Inne podstawowe czynniki związane z wyborem stopu do tego zastosowania to odporność na korozję, koszt i wygląd. Podstawowym wyborem są stopy 6061-T6 i alclad 2024-T3.

Arkusz poszycia na lekkich samolotach o najnowszym projekcie i budowie to generalnie alclad 2024-T3. Wewnętrzna konstrukcja składa się z podłużnic, drzewc, grodzi, pasów dźwigarów oraz różnych elementów mocujących wykonanych z profili aluminiowych, blach profilowanych, odkuwek i odlewów.

Stopy najczęściej używane na elementy wyciskane to 2024-T4 dla przekrojów o grubości mniejszej niż 0,125 cala i do zastosowań ogólnych oraz 2014-T6 dla grubszych, bardziej obciążonych przekrojów. Stop 6061-T6 ma znaczne zastosowanie w wytłoczkach wymagających cienkich przekrojów i doskonałej odporności na korozję. Stop 2014-T6 jest głównym stopem do kucia, zwłaszcza do podwozia i cylindrów hydraulicznych. Stop 6061-T6 i jego odpowiednik do kucia 6151-T6 są często wykorzystywane w różnych kształtkach ze względu na oszczędność i zwiększoną odporność na korozję, gdy części nie są silnie obciążone.

Stopy 356-T6 i A356-T6 są głównymi stopami odlewniczymi stosowanymi do produkcji wsporników, korb dzwonowych, kół pasowych i różnych łączników. Koła produkowane są z tych stopów jako trwałe odlewy kokilowe lub piaskowe. Odlewy ciśnieniowe ze stopu A380 są również zadowalające dla kół do lekkich samolotów.

Do konstrukcji o niskim naprężeniu w lekkich samolotach, stopy 3003-H12, H14 i H16; 5052-O, H32, H34 i H36; a czasami stosuje się 6061-T4 i T6. Stopy te są również podstawowym wyborem do zbiorników paliwa, oleju smarowego i oleju hydraulicznego, rurociągów oraz rur i wsporników instrumentów, zwłaszcza tam, gdzie wymagane jest spawanie. Stopy 3003, 6061 i 6951 są szeroko stosowane w lutowanych wymiennikach ciepła i akcesoriach hydraulicznych. Ostatnio opracowane stopy, takie jak 5086, 5454, 5456, 6070, oraz nowe spawalne stopy aluminium-magnez-cynk oferują przewagę wytrzymałościową w stosunku do wcześniej wspomnianych.

Montaż blach lekkich samolotów odbywa się głównie za pomocą nitów ze stopów 2017-T4, 2117-T4 lub 2024-T4. Samogwintujące wkręty do blachy są dostępne ze stopów aluminium, ale wkręty ze stali kadmowanej są częściej stosowane w celu uzyskania większej wytrzymałości na ścinanie i właściwości wkręcania. Stop 2024-T4 z powłoką anodową jest standardem w aluminiowych śrubach, śrubach i nakrętkach wykonanych zgodnie ze specyfikacjami wojskowymi. Jednak stop 6262-T9 jest lepszy w przypadku nakrętek ze względu na jego wirtualną odporność na pękanie pod wpływem korozji naprężeniowej.