Кожа (воздухоплавание) - Skin (aeronautics)
В кожа из самолет это внешняя поверхность, которая покрывает большую часть его крылья и фюзеляж.[1] Наиболее часто используемые материалы: алюминий и алюминиевые сплавы с другими металлами, в том числе цинк, магний и медь.
История
По мере развития двадцатого века алюминий стал важным металлом в самолетах. Блок цилиндров двигателя, который приводил в движение самолет братьев Райт в Китти Хок в 1903 году, был отлит из одной детали из алюминиевого сплава, содержащего 8% меди; алюминиевые лопасти пропеллера появились еще в 1907 году; и алюминиевые крышки, сиденья, капоты, литые кронштейны и подобные детали были обычным явлением к началу Первой мировой войны.
В 1916 году Л. Бреке сконструировал бомбардировщик-разведчик, что ознаменовало первоначальное использование алюминия в рабочей конструкции самолета. К концу войны союзники и Германия использовали алюминиевые сплавы для структурного каркаса фюзеляжа и узлов крыла.
Сплавы для деталей планера
Самолет планер был наиболее требовательным применением для алюминиевых сплавов; вести хронику разработки высокопрочных сплавов - значит также регистрировать развитие планеров. Дуралюминий, первый высокопрочный, термически обрабатываемый алюминиевый сплав, первоначально использовался Германией и союзниками для изготовления каркасов жестких дирижаблей во время Первой мировой войны. Дуралюминий был сплавом алюминия, меди и магния; он был создан в Германии и разработан в США как сплав 17S-T (2017-T4). Он использовался в основном в виде листов и пластин. Сплав 7075-T6 (предел текучести 70000 фунтов на квадратный дюйм), сплав Al-Zn-Mg-Cu, был представлен в 1943 году. С тех пор большинство конструкций самолетов было специфицировано в сплавах этого типа. . Первым самолетом, разработанным в 7075-T6, стал патрульный бомбардировщик ВМС P2V. В 1951 году был разработан более высокопрочный сплав той же серии, 7178-T6 (предел текучести 78 000 фунтов на кв. Дюйм); он обычно не вытесняет 7075-T6, который имеет превосходную вязкость разрушения. Сплав 7178-T6 используется в основном в конструктивных элементах, где рабочие характеристики имеют решающее значение при сжимающей нагрузке.
Сплав 7079-T6 был представлен в США в 1954 году. В кованых профилях толщиной более 3 дюймов он обеспечивает более высокую прочность и большую поперечную пластичность, чем 7075-T6. Теперь он доступен в листах, пластинах, штампованных деталях и поковках.
Сплав X7080-T7 с более высокой устойчивостью к коррозии под напряжением, чем 7079-T6, разрабатывается для толстых деталей. Поскольку он относительно нечувствителен к скорости закалки, толстые сечения могут быть получены с хорошей прочностью при низких закалочных напряжениях.
Плакировка из алюминиевых сплавов была первоначально разработана для повышения коррозионной стойкости листа 2017-T4 и, таким образом, для снижения требований к обслуживанию самолетов из алюминия. Покрытие на листе 2017 года - а позже 2024-T3 - состояло из алюминия технической чистоты, металлургически связанного с одной или обеими поверхностями листа.
Электролитическая защита, присутствующая во влажных или влажных условиях, основана на значительно более высоком электродном потенциале алюминия технической чистоты по сравнению со сплавом 2017 или 2024 в состоянии T3 или T4. Когда появились сплавы 7075-T6 и другие сплавы Al-Zn-Mg-Cu, был разработан сплав 7072 для плакирования из алюминия и цинка, обеспечивающий относительный электродный потенциал, достаточный для защиты новых прочных сплавов.
Однако в высокопроизводительных самолетах, разработанных с 1945 года, широко использовались конструкции обшивки, изготовленные из толстого листа и профилей, что исключает использование наружных обшивок из альклада. В результате увеличились требования к техническому обслуживанию, что стимулировало программы исследований и разработок, направленных на поиск более прочных сплавов с улучшенной стойкостью к коррозии без плакирования.
Отливки из алюминиевого сплава традиционно использовались в неструктурном оборудовании самолетов, таком как кронштейны шкивов, квадранты, удвоители, зажимы, воздуховоды и волноводы. Они также широко используются в сложных корпусах клапанов гидравлических систем управления. Философия некоторых производителей самолетов до сих пор заключается в том, чтобы указывать отливки только в тех местах, где отказ детали не может привести к потере самолета. Резервирование троса и гидравлических систем управления «разрешает» использование отливок.
За последнее десятилетие технология литья значительно продвинулась вперед. Проверенные временем сплавы, такие как 355 и 356, были модифицированы для обеспечения более высокого уровня прочности и пластичности. Новые сплавы, такие как 354, A356, A357, 359 и Tens 50, были разработаны для отливок повышенной прочности. Высокая прочность сопровождается повышенной структурной целостностью и надежностью работы.
Точечная и шовная сварка сопротивлением используется для соединения второстепенных конструкций, таких как обтекатели, капоты двигателей и дублеры, с переборками и обшивками. Сложности в контроле качества привели к тому, что электросварка сопротивлением мало используется для первичной конструкции.
Ультразвуковая сварка предлагает некоторые экономические преимущества и преимущества контроля качества для производственных соединений, особенно для тонких листов. Однако этот метод еще не получил широкого распространения в аэрокосмической промышленности.
Клеевое соединение - это распространенный метод соединения как первичных, так и вторичных структур. Его выбор зависит от конструкторской философии производителя самолетов. Он показал себя удовлетворительным для прикрепления элементов жесткости, таких как шляпные секции, к листу и лицевых листов к сотовым сердечникам. Кроме того, клеевое соединение выдерживает неблагоприятные воздействия, такие как погружение в морскую воду и атмосферные условия.
Сваренные плавлением первичные конструкции из алюминия в самолетах практически отсутствуют, поскольку используемые высокопрочные сплавы имеют низкую свариваемость и низкую эффективность сварных соединений. Некоторые из сплавов, такие как 2024-T4, также имеют пониженную коррозионную стойкость в зоне термического влияния, если их оставить в состоянии после сварки.
Усовершенствованные процессы сварки и более высокопрочные свариваемые сплавы, разработанные в течение последнего десятилетия, открывают новые возможности для сварных первичных конструкций. Например, свариваемость и прочность сплавов 2219 и 7039, а также способность к пайке и прочность X7005 открывают новые возможности для проектирования и производства конструкций самолетов.
Легкий летательный аппарат
Легкие самолеты имеют планеры, в основном полностью алюминиевые полумонококовые конструкции, однако некоторые легкие самолеты имеют несущую конструкцию трубчатой фермы с тканевой или алюминиевой обшивкой или и тем, и другим. Алюминиевая обшивка обычно имеет минимальную практическую толщину: от 0,015 до 0,025 дюйма. Несмотря на то, что требования к проектной прочности относительно низкие, оболочка требует умеренно высокого предела текучести и твердости, чтобы минимизировать повреждение грунта камнями, обломками, инструментами механиков и обычным обращением. Другими основными факторами, влияющими на выбор сплава для этого применения, являются коррозионная стойкость, стоимость и внешний вид. Сплавы 6061-T6 и alclad 2024-T3 являются основным выбором.
Обшивка легких самолетов последних разработок и постройки - это обычно alclad 2024-T3. Внутренняя конструкция включает стрингеры, лонжероны, переборки, поясные элементы и различные крепежные детали, изготовленные из алюминиевых профилей, формованного листа, поковок и отливок.
Для изготовления экструдированных элементов чаще всего используются сплавы 2024-T4 для секций толщиной менее 0,125 дюйма и для общего применения, а также 2014-T6 для более толстых секций с большим напряжением. Сплав 6061-T6 находит широкое применение для экструзии, требующей тонких профилей и превосходной коррозионной стойкости. Сплав 2014-Т6 - это основной ковочный сплав, особенно для шасси и гидроцилиндров. Сплав 6061-T6 и его кузнечный аналог 6151-T6 часто используются в различных фитингах из соображений экономии и повышения коррозионных характеристик, когда детали не подвергаются сильным нагрузкам.
Сплавы 356-T6 и A356-T6 - это первичные литейные сплавы, используемые для кронштейнов, коленчатых рычагов, шкивов и различных фитингов. Колеса из этих сплавов производятся в виде неразъемных форм или отливок в песчаные формы. Отливки из сплава А380 также подходят для изготовления колес легких самолетов.
Для малонапряженной конструкции легких самолетов - сплавы 3003-Н12, Н14 и Н16; 5052-O, H32, H34 и H36; и иногда используются 6061-T4 и T6. Эти сплавы также являются основным выбором для топлива, смазочного масла и баков гидравлического масла, трубопроводов, инструментальных трубок и кронштейнов, особенно там, где требуется сварка. Сплавы 3003, 6061 и 6951 широко используются в паяных теплообменниках и гидравлических аксессуарах. Недавно разработанные сплавы, такие как 5086, 5454, 5456, 6070, и новые свариваемые алюминиево-магниево-цинковые сплавы имеют преимущества в прочности по сравнению с ранее упомянутыми.
Листовая сборка легкого самолета осуществляется преимущественно заклепками из сплавов 2017-Т4, 2117-Т4 или 2024-Т4. Саморезы для листового металла доступны из алюминиевых сплавов, но стальные винты с кадмиевым покрытием используются чаще для получения более высокой прочности на сдвиг и управляемости. Сплав 2024-T4 с анодным покрытием является стандартным для алюминиевых винтов, болтов и гаек, изготовленных в соответствии с военными спецификациями. Однако сплав 6262-T9 лучше подходит для гаек из-за его фактической устойчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением.[2]