1
2
آلیاژهای کاربردی در صنایع هوا-فضا
3
معرفی:
صنایع هوا فضا، یکی از مهمترین بخشهای صنعت است که در آن به بررسی ساخت، عملیات و نگهداری خودروهایی که در هوا فضا حرکت میکنند، میپردازند.
در محدودهی جو زمین یا خارج از جو میتوانند حرکت کنند
4
مهمترین نکته برای ساخت و تولید این نوع سازهها،
انتخاب موادی با کیفیت و قدرت تحمل بالا میباشد
نمودار خستگی و خوردگی خستگی برای آلیاژهای آلومینیوم
5
در ناوگانهای هوایی از هواپیما انتظار میرود که از نظر طول عمر در حد عمر پیشبینی شده در طراحی اولیه باشند، به همین خاطر ادامهی فعالیت و عملیات هوایی به بروز شدن تحلیلها راجع به عمر ایمنی قطعات هواپیما بستگی دارد.
عوامل مهم و تاثیرگذار بر عمر قطعات:
بارگذاریهای متناوب و مختلف
رطوبت، آلودگی، باران اسیدی
ناهمواری های سطحی
6
پارامترهای انتخاب مواد و طراحی:
مقاومت در برابر خستگی
مقاومت در برابر شکست
استحکام
مقاومت در برابر خوردگی
مواد هوافضا باید دارای ساختاری مقاوم و در عین حال ارزان و قابل تولید باشد
7
مواد استفاده شده در ساخت هواپیمای بوئینگ787:
8
اجزای هواپیما:
یکی از مهمترین قسمتهای ساختاری در هواپیما، بدنهی آن است. درواقع تمامی عناصر ساختاری هواپیما به بدنه متصل هستند.
در هنگام طراحی بدنه، به ویژگیهای مقاومت و وزن سازه توجه ویژهای میشود.
بدنه هواپیما باید به اندازه کافی قوی باشد تا در مقابل فشارهای ناشی از فشارهای مختلف پرواز مقاومت کند.
1- بدنه:
9
2- بال هواپیما:
تمام نیروی لازم برای بالا کشیدن هواپیما توسط بال آن ایجاد میشود.
طراحی و ساخت این قسمت، دقت و ظرافت بالایی را میطلبد.
بالها موجب افزایش نیروی بالا برنده و گردش هوا در اطراف هواپیما شده و محاسبات گستردهای را جهت طراحی سطح مقطع بال، طول بال، زاویه نصب بال، مکان نصب بال به بدنه،
زاویه بین بال سمت چپ و بال سمت راست و غیره میطلبند.
بالهای هواپیما از نظر پوشش دارای دو نوع پوشش زیر میباشند:
بال با پوشش پارچهای
بال با پوشش ورقه فلزی (آلیاژهای آلومینیوم )
10
بررسی موتورهای توربین گازی هواپیما:
اصول کارکرد موتورهای جت به این ترتیب است:
مکیدن هوا توسط فن
فشردن هوا توسط کمپرسور
مخلوط شدن با سوخت
احتراق
پرتاب هوا به بیرون از موتور
11
پره موتور هواپیما:
پرههای هواپیما در ابتدا از چوب ساخته میشدند. بعد از پیشرفت تکنولوژی پرههای چوبی با فلزات و آلیاژهای فلزی جایگزین شدند. سرانجام با روی کار آمدن کامپوزیتها با زمینههای مختلف، از این مواد به طور گسترده استفاده شد.
الیاف کربن تقویت کننده در زمینهی اپوکسی
از آلیاژهای مهم برای این منظور آلیاژ Ti-6Al-4V است
12
آلومینیوم و آلیاژهای آن در هوا-فضا:
یکی از فلزات بسیار مهم برای ساخت و تولید انواع سازههای هوایی، فلز آلومینیوم و آلیاژهای آن است.
میزان استفاده از آلومینیوم و سایر فلزات در سازههای هوایی
13
آلیاژهای آلومینیوم در سازههای هوایی:
Al5052-H32
Al2024-T4 در قسمت مخزن سوخت هواپیما
Al2024-T4 در قسمت بدنه-پوسته و آلیاژهای دیگر
آلیاژ A356:
آلیاژ A356 به عنوان یکی از مهمترین آلیاژهای Al-Si-Mg است که کاربرد بسیار گستردهای در صنایع خودروسازی، هواپیما و مخصوصا صنایع موشکی دارد.
نسبت استحکام به وزن بالا
مقاوم در برابر خوردگی
از نظر ریختهگری قابلیت بالایی دارد
قابلیت جوشکاری مناسب
ضریب انبساط حرارتی پایینی
14
فولاد و آلیاژهای آن در صنایع هوا-فضا:
از فولاد ضدزنگ به دلیل تطبیق پذیری شدید، تقریبا برای هر قسمت فلزی که در هواپیما یافت می شود، مورد استفاده قرار میگیرد.
وزن بالای فولاد باعث محدود شدن کاربردش در اسکلت هواپیما میشود.
مخازن سوخت
ارابه فرود
جک مربوط به تغییر زاویه بال
اتصال بین بال و بدنه
شاسی موتور
پوشش زرهی
چنگک نگهدارنده(arrester hook)
ریل حرکت فلپها (flap track)
15
تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنایع هوا-فضا:
تیتانیوم و آلیاژهای آن از جمله فلزات جدید مهندسی هستند که کاربرد آنها به عنوان فلز صنعتی از حدود سال 1940 شروع شده است.
مقاوم در برابر خزش
قابلیت جوش پذیری
چقرمگی
خصوصیات تیتانیوم و آلیاژهای آن:
نسبت استحکام به وزن زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
بیشترین کاربرد تیتانیوم در موتور هلیکوپترها و قطعات اتصالی است.
16
روشهای بهینه:
مواد سازندهی هواپیماها باید در عین سبک بودن، مقاوم در برابر خستگی، خوردگی و سایش نیز باشند.
غیر از استفاده از آلیاژهای مناسب که معمولا آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم هستند
از روشهای پوششدهی مانند آندایزینگ ، اکسیداسیون قوس میکرو
و روشهای دیگر استفاده میشود.
17
یکی از اساسیترین مشکلات این روش بروز تخلخل و ایجاد ترکهای ریز در ساختار است.
برای رفع این مشکل و ایجاد ساختار دانه ریز، از روشهای تغییر شکل شدید پلاستیک استفاده میشود
اندازهی دانههای آن تا مقیاس نانومتری کاهش مییابد.
بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی
ابعاد نمونه تغییر نکرده و ثابت
18
استفاده از فناوری نانو:
استفاده CNT (نانولوله های کربنی)
Buckypaper
فیلم نازک بر روی هواپیما
برای محافظت از مدارات الکتریکی داخل هواپیما
جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی.
برای اتصال لایههای کامپوزیتی
استفاده از نانوسنسورها
از دقت و واکنش پذیری بسیار بالایی برخوردارند
مشخص شدن وضعیت جوی در موقعیت هواپیما
ویژگی
کاربرد
19
منابع:
[1] M. Aamir, K. Giasin, M. Tolouei-Rad, A. J. J. o. M. R. Vafadar, and Technology, "A review: drilling performance and hole quality of aluminium alloys for aerospace applications," vol. 9, no. 6, pp. 12484-12500, 2020.
[2] M. S. Kumar, M. Vanmathi, and G. J. S. Sakthivel, "SiC Reinforcement in the Synthesis and Characterization of A356/AL 2 O 3/Sic/Gr Reinforced Composite-Paving a Way for the Next Generation of Aircraft Applications," pp. 1-8, 2020.
[3] X. Lin et al., "Corrosion electrochemical behavior of cadmium-plated 4340 steel in aircraft landing gears under thin electrolyte layers of potassium acetate deicing fluid," vol. 43, no. 36, pp. 14435-14442, 2019.
[4] R. A. Antunes, C. A. F. Salvador, and M. C. L. d. J. M. R. Oliveira, "Materials selection of optimized titanium alloys for aircraft applications," vol. 21, no. 2, 2018.
[5] L. Rama Krishna et al., "Enhancing the high cycle fatigue life of high strength aluminum alloys for aerospace applications," vol. 42, no. 3, pp. 698-709, 2019.
[6] V. Likhanov and M. Skryabin, "The study of oxide films on the surface of a piston of aluminum alloy after micro-arc oxidation," in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 315, no. 3, p. 032045: IOP Publishing