Blog

Stel je een enorm vliegtuig voor dat soepel door de lucht vliegt en honderden passagiers veilig naar hun bestemming brengt.Dit wonder van de techniek wordt niet alleen ondersteund door nauwkeurige ontwerpen maar ook door het ingenieuze gebruik van hoogwaardige materialenIn dit artikel worden de cruciale materialen in de moderne vliegtuigbouw bestudeerd: staal, aluminiumlegeringen,met een gewicht van niet meer dan 50 kg, en vezelversterkte composieten, die hun unieke rol en ontwikkelingstrends in de luchtvaart onthullen.

Titaniumlegeringen: de bewakers van hoge temperaturen

Titaniumlegeringen hebben een centrale positie in de luchtvaart door hun uitzonderlijke eigenschappen.Dit betekent dat ze voldoende sterkte bieden en tegelijkertijd het structurele gewicht minimaliseren.Bovendien vertonen titaniumlegeringen een uitstekende vermoeidheids- en treksterkteverhouding, samen met hoge vermoeidheidsgrenzen, waardoor ze langdurige cyclische belastingen met een hoge intensiteit kunnen weerstaan.Opmerkelijk., bepaalde titaniumlegeringen behouden zelfs bij temperaturen van 400 tot 500°C een aanzienlijke sterkte, waardoor ze ideaal zijn voor componenten met hoge temperaturen zoals turbinebladen van straalmotoren.

Maar titaniumlegeringen zijn niet zonder nadelen.de gecombineerde effecten van hoge temperatuur en stress verminderen hun prestaties aanzienlijk.De relatief hoge dichtheid verhoogt ook het totale gewicht van het vliegtuig bij uitgebreid gebruik.met materiaal- en productiekosten die ongeveer zeven keer hoger zijn dan die van aluminium of staalDaarom zijn ze meestal gereserveerd voor prestatie-kritische componenten zoals straalmotoren.

Staal: van dominantie naar niche toepassingen

Staal, een legering van ijzer en koolstof, domineerde de vliegtuigproductie in de jaren dertig als zowel primair als secundair structurele materiaal.Terwijl aluminiumlegeringen uiteindelijk staal verdrongen als primair materiaalHet gebruik van staal in de luchtvaart is vooral gekenmerkt door zijn hoge sterkte, stijfheid en schadebestandheid.en bevestigingsmiddelen gebruiken vaak gietstukken van staal om aan de veeleisende eisen aan sterkte en stijfheid te voldoen.

De belangrijkste beperking van staal is de hoge dichtheid, waardoor het niet op grote schaal kan worden gebruikt.

Aluminiumlegeringen: de lichtgewichtrevolutie

Het zuivere aluminium is niet geschikt voor structurele toepassingen omdat het een lage sterkte en een hoge ductiliteit heeft.Het is een belangrijk voordeel voor gewichtsbewuste luchtvaart.Na de Tweede Wereldoorlog vervangen aluminiumlegeringen staal als primair vliegtuigmateriaal.

De luchtvaartindustrie gebruikt voornamelijk vier aluminiumlegeringsreeksen:

• Al-Cu (2000 reeks)
• Al-Mg (5000-serie)
• Al-Mg-Si (6000-serie)
• Al-Zn-Mg (7000-serie)

In de afgelopen tijd zijn aluminium-lithium-legeringen (Al-Li, 8000-serie) in de lucht- en ruimtevaart toegepast.en dragende onderdelen vanwege hun extreem lage dichtheid.

Bij de keuze van aluminiumlegeringen wordt rekening gehouden met meerdere factoren: sterkte (opbrengst en uiteindelijke sterkte), ductiliteit, vervaardigbaarheid, corrosiebestendigheid, compatibiliteit met oppervlaktebehandeling, vermoeidheid,weerstand tegen spanningscorrosieHet bereiken van een optimale prestatiebalans is een uitdaging vanwege de complexe legeringsmechanismen met microstructurele en chemische processen.

Onlangs zijn vezelversterkte composieten begonnen met het vervangen van aluminiumlegeringen, eerst in secundaire structuren en nu in primaire structuren zoals de Airbus A350 en de Boeing 787 Dreamliner.

Glasvezelversterkte composieten: de toekomst van luchtvaartmaterialen

In de luchtvaartuigenindustrie worden composieten gebruikt om twee of meer materialen te combineren die aanzienlijk verschillende fysische of chemische eigenschappen hebben.vezelversterkte composieten komen steeds vaker voorDeze bestaan doorgaans uit hoogsterke vezels (glas of koolstof) die zijn ingebed in plastische of epoxyharsmatrices die mechanische en chemische bescherming bieden.

Vezelversterkte materialen zijn anisotrope, hun eigenschappen zijn afhankelijk van de vezeloriëntatie.Deze laminaatstoffen zijn ingebed in harsmatrices om samenhangende structuren te vormen die bestand zijn tegen buig- en scheerspanningen.

Vroege glasvezelversterkte kunststoffen (GRP) werden gebruikt in rotorbladen van helikopters, maar zagen een beperkte toepassing in vliegtuig met vaste vleugels vanwege lage stijfheid.In de jaren zestig werden nieuwe materialen zoals Kevlar (een aramidvezel) geïntroduceerd met een glas-achtige sterkte maar een hogere stijfheidHoewel Kevlar-composites duurzaam zijn, hebben ze een slechte druksterkte en productieproblemen, waardoor ze beperkt blijven tot secundaire structuren.Boronvezelcomposites waren de eerste die sterk genoeg en stijf genoeg waren voor primaire structuren, maar werden later vervangen door koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFK) vanwege vergelijkbare prestaties tegen lagere kosten.

De Young's modulus van CFK is ongeveer drie keer die van GRP, 1,5 keer die van Kevlar en dubbel die van aluminium.CFRP is broos, het geeft geen plastische afbraak bij stressconcentraties.Epoxematrijen absorberen ook vocht op lange termijn, waardoor matrix-afhankelijke eigenschappen zoals compressiestevigheid afnemen.met name bij hoge temperaturenOmgekeerd is CFK-stijfheid minder gevoelig voor vocht en meer vermoeidheidsbestand.

Het vervangen van 40% van de aluminiumstructuur door CFK bespaart ongeveer 12% van het totale gewicht.De Airbus A350XWB maakt veel gebruik van CFK voor de vleugelsDe materiële samenstelling van het toestel in verhouding tot het gewicht is:

• 52% vezelversterkte composieten
• 20% aluminiumlegeringen
• 14% titaniumlegeringen
• 7% staal
• 7% andere materialen

Veel voorkomende aluminiumlegeringen voor de luchtvaart zijn 7075, 6061, 6063, 2024 en 5052 aluminium.