Výber hliníkovej zliatiny pre dopravné lietadlo

Výber hliníkovej zliatinypre dopravné lietadlo

Po absolvovaní tejto lekcie budete vedieť:

vysvetliť, prečo sú hliníkové zliatiny najvhodnejším konštrukčným materiálom v leteckom priemysle,

poukázať na vlastnosti, ktoré sú dôležité pre krycie plechy trupu a krídiel dopravného lietadla,

rozlíšiť, ktoré materiály sú vhodnejšie pre spodnú a ktoré pre vrchnú povrchovú vrstvu krídiel,

pri daných vlastnostiach hliníkových zliatin určiť tie najvhodnejšie.

Výber hliníkovej zliatiny

pre dopravné lietadlo

vrchný plášť krídla, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . spodný plášť krídla, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . plášť trupu dopravného lietadla, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Materiály používané pri výrobe lietadiel musia spĺňať niekoľko požiadaviek, aby konštrukcie z nich vyrobené boli: ľahké, trvanlivé, odolné voči nárazu.. . . a pochopiteľne aby ich cena bola čo najnižšia.Týmto požiadavkám vyhovujú pri akceptovateľných nákladoch predovšetkým vysokopevné hliníkové zliatiny. Hliník je preto pri výrobe súčasných dopravných lietadiel najpoužívanejším materiálom, hoci sa v poslednej dobe stále častejšie používajú aj ďalšie moderné ľahké konštrukčné materiály.



Táto vzorová štúdia vás naučí vybrať vhodnú hliníkovú zliatinu pre:

A

B C

CBA

Kliknite na správnu kombináciu označení častí lietadla na tomto

obrázku:BAC

ABC






A

B C

CBA

Správne !(ďalšie otázky však už také ľahké nebudú)

BAC

ABC Pokračovanie






A

B C

CBA

Toto nie je správna odpoveď. Skúste inú !

BAC

ABC






A

B C

CBA

Toto nie je správna odpoveď. Skúste inú !

BAC

ABC

Myslíte si, že trup liatadla je namáhaný podobne ako:

A. trup lode, (pôsobia naň konštantné sily v dôsledku tlaku okolitej

vody),

B. tlaková nádoba,ktorej plášť je striedavo namáhaný na tlak a ťahv dôsledku pôsobenia ohybových momentov,

alebo

C. nosník alebo mostzaťažovaný v jednom mieste konštantnou silou ?



A B C



vody),


alebo




A B C Správne !Pokračovanie



vody),


alebo




A B C Toto nie je správna odpoveď.Skúste inú !



vody),


alebo




A B C Toto nie je správna odpoveď.Skúste inú !



A

B

Na trup lietadla pôsobia rôzne sily, v závislosti od toho, či lietadlo letí alebo stojí na zemi.

Ako je zaťažovaný trup lietadla v miestach vyznačených na obrázkoch, keď lietadlo letí ?





A

B

Správne !Pokračovanie

Počas letu kabína lietadla tlačí na trup. Protismerne pôsobiace sily zaťažujúce počas letu trup striedavo z hora a zo spodu sú príčinou toho, že v trupe vznikajú rôzne ohybové momenty. Materiál trupu je preto namáhaný na tlak, ťah aj strih. Pôsobiace napätia nie sú statické, počas letu, štartovania a pristávania sa neustále menia.



A

B

Toto nie jesprávna odpoveď ! Skúste tú druhú možnosť, tá bude zaručene správna !




pre dopravné lietadloNa trup lietadla pôsobia rôzne sily, v závislosti od toho, či lietadlo letí alebo stojí na zemi.

A viete, aké sily pôsobia na trup lietadla, ktoré stojí na letisku ?

A

B



A

B


Na zemi sú sily pôsobiace na liedadlo podstatne odlišné v porovnaní s tými, ktoré naň pôsobia počas letu. Hmotnosť lietadla je konštantne rozložená na podvozku, ktorý zaťažuje trup zo spodu. V ostatných miestach na trup pôsobia gravitačné sily.





A

B

Toto nie jesprávna odpoveď !

Sily znázornené správne na obrázku B !



Ktoré z nasledujúcich tvrdení sú pravdivév súvislosti s trupom lietadla ?

Lietadlo počas svojej životnosti prejde množstvom cyklov pri ktorých sa neustále strieda čas strávený na zemi a vo vzduchu.

Mechanické namáhanie materiálu, z ktorého je vyrobený trup lietadla je vo vzduchu a na zemi rovnaké.

V materiáloch, z ktorých je vyrobený povrch trupu lietadla, pôsobia počas letu neustále sa cyklicky meniace napätia.


pre dopravné lietadloA B C

áno

áno

nie

áno

nie

áno

nie

nie

áno







áno

nie

áno

Správne !Pokračovani

e







áno

áno

nie

áno

nie

áno

nie

nie

áno

Toto je nesprávna odpoveď !







áno

áno

nie

áno

nie

áno

nie

nie

áno

Toto je nesprávna odpoveď !


pre dopravné lietadloZaťažovacie podmienky rozhodujú o tom, ktoré z mechanických vlastností sú najdôležitejšími pri výbere materiálu pre trup lietadla.

Vyberte zo zoznamu mechanických vlastností tie, ktoré sú: A. veľmi dôležité, B. dôležité a C. úplne nepodstatné

z hľadiska mechanického namáhania trupu lietadla v bežných prevádzkových podmienkach ! Postupne pri každej vlastnosti kliknite na správne písmeno. ťažnosť do lomu A B C pevnosť v tlaku pevnosť v ťahu pevnosť v šmyku lomová húževnatosť únavová životnosť tuhosť exponent spevnenia





Omyl !Ťažnosť do lomu nie jeveľmi dôležitá.





Omyl !Ťažnosť do lomu nie je dôležitá.




z hľadiska mechanického namáhania trupu lietadla v bežných prevádzkových podmienkach ! Postupne pri každej vlastnosti kliknite na správne písmeno. ťažnosť do lomu C pevnosť v tlaku pevnosť v ťahu A B C pevnosť v šmyku lomová húževnatosť únavová životnosť tuhosť exponent spevnenia

Správne !Ťažnosť do lomu je úplne nepodstatná, pretože pri namáhaní materiálu trupu nedochádza k jeho plastickej deformácii.





Chyba !





Chyba !




z hľadiska mechanického namáhania trupu lietadla v bežných prevádzkových podmienkach ! Postupne pri každej vlastnosti kliknite na správne písmeno. ťažnosť do lomu C pevnosť v tlaku pevnosť v ťahu B pevnosť v šmyku lomová húževnatosť únavová životnosť A B C tuhosť exponent spevnenia

Áno !Pevnosť je dôležitá.Avšak životnosť trupu lietadla nezávisí od pevnosti materiálu, z ktorého je trup vyrobený. Preto v tomto prípade pevnosť nie je najdôležitejšou vlastnosťou.




z hľadiska mechanického namáhania trupu lietadla v bežných prevádzkových podmienkach ! Postupne pri každej vlastnosti kliknite na správne písmeno. ťažnosť do lomu C pevnosť v tlaku pevnosť v ťahu B pevnosť v šmyku lomová húževnatosť únavová životnosť A tuhosť exponent spevnenia A B C

Áno !Tieto vlastnosti sú skutočne najdôležitejšie pre správny výber materiálu pre trup lietadla. Vhľadom na cyklické namáhanie trupu sú práve únavová životnosť, lomová húževnatosť a tuhosť najdôležitejšími vlastnosťami.





Chyba !





Chyba !




z hľadiska mechanického namáhania trupu lietadla v bežných prevádzkových podmienkach ! Postupne pri každej vlastnosti kliknite na správne písmeno. ťažnosť do lomu C pevnosť v tlaku pevnosť v ťahu B pevnosť v šmyku lomová húževnatosť únavová životnosť A tuhosť exponent spevnenia C

Áno !Ťažnosť do lomu a exponent spevnenia nie sú v tomto prípade dôležité, pretože súvisia s plastickou deformáciou.Materiál trupu lietadla je však počas prevádzky lietadla neustále v elastickom režime a nedeformuje sa plasticky.

Pokračovanie





Chyba !





Chyba !


pre dopravné lietadloA teraz sa zamyslite nad tým, ako správne vybrať vhodný materiál pre povrch krídiel lietadla.Počas letu sa krídlo správa ako votknutý nosník.Ktorý z týchto nosníkov je namáhaný podobným spôsobom ako krídlo lietadla počas letu?

A

B

C



A B CNie !Takto je krídlo namáhané keď lietadlo stojí na letisku. Ohybový moment je spôsobený len vlastnou tiažou krídla a namáhanie je preto oveľa menšie, ako keby lietadlo letelo. Z tohto hľadiska nie sú úvahy o týchto zaťažovacích podmienkach rozhodujúce.



A B C

Pokračovanie

Áno !Takto je krídlo skutočne namáhané počas letu. Tieto napätia sú oveľa väčšie v porovnaní s tými, ktorými je krídlo zaťažované keď lietadlo stojí na zemi. Preto sú tieto rozhodujúcim kritériom pri návrhu dizajnu krídla, ako aj pri výbere vhodných materiálov.



A BC

Nie !Takto nie je krídlo namáhané počas letu. Dalo by sa však takto znázorniť namáhanie krídla počas série letov, kedy sa neustále strieda čas strávený vo vzduchu a na zemi. Avšak keďže napätia pôsobiace v krídle počas letu sú oveľa väčšie, sú z hľadiska dizajnu rozhodujúce.



A

B

Rôzne napätia, ktorými je vrchný a spodný povrch krídla lietadla zaťažovaný počas letu ovplyvňujú aj výber materiálov.Pokúste sa určiť, ktoré napätia sú v jednotlivých prípadoch rozhodujúce !

C

D

Vrchný povrch krídla

Vo vrchnom povrchu krídla pôsobia počas letuprevažne:

ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.



B


C

D



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

AOmyl

!



A

B


C

D



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Správne !

Pokračovanie !



A

B


D



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Omyl !

C



A

B


C

D



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Omyl !


pre dopravné lietadloRôzne napätia, ktorými je vrchný a spodný povrch krídla lietadla zaťažovaný počas letu ovplyvňujú aj výber materiálov.Pokúste sa určiť, ktoré napätia sú v jednotlivých prípadoch rozhodujúce !

A

B

C

DSpodný povrch krídla

V spodnom povrchu krídla pôsobia počas letuprevažne:

ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.



A

B

C



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Pokračovanie !

Správne !



A

C



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Omyl !

B



A

B



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Omyl !

C



A

B

C



ťahové

tlakové

premenlivé

šmykové napätia.

Omyl !



A B

Na tejto strane je zoznam vlastností, ktoré sú rozhodujúce z hľadiska výberu materiálu pre trup, vrchný a spodný plášť krídla lietadla. Mnohé z nich sú dôležité vo všetkých troch prípadoch. Avšak je zrejmé, že sú v jednotlivých prípadoch výrazné rozdiely medzi požadovanými vlastnosťami. Posúďte, ktoré vlastnosti sú dôležité pre:

C

pevnosť v tlaku, tuhosť, únavová odolnosť, lomová húževnatosť

únavová odolnosť, lomová húževnatosť, pevnosť v ťahuúnavová odolnosť, lomová húževnatosť

vrchný povrch krídla



A B


C




Správne !

Pokračovanie



A


C




B

Chyba !



A B





Chyba !

C



A B




spodný povrch krídla

C



B





CA

Správne !

Pokračovanie



A





CB

Chyba !



A B





Chyba !

C



A B


C



povrch trupu lietadla



B


C




A

Chyba !



A


C




B

Chyba !



A B

Okrem týchto mechanických vlastností sú pri výbere materiálu dôležité aj niektoré fyzikálne vlastnosti.

V oblasti letectva je mimoriadne dôležitá snaha o znižovanie hmot-nosti, takže jednou z najdôležitejších požiadaviek je nízka hustota.Preto sa vyžaduje predovšetkým používanie materiálov s dobrými špecifickými mechanickými vlastnos-ťami (pomer vlastnosť/hustota)C



povrch trupu






A B

Materiál trupu lietadlaPožadované vlastnosti: » únavová životnosť » pevnosť v tlaku » pevnosť v šmyku

» lomová húževnatosť » pevnosť v ťahu » tuhosťNa účely posúdenia, ktorý materiál je pre konkrétnu aplikáciu najvhodnejší, sa používajú diagramy vlastností. Plášť lietadla sa musí vyrobiť z materiálu, ktorý má vysokú pevnosť a lomovú húževnatosť. Graf závislosti „ťahová pevnosť – lomová húževnatosť“ sa preto dá použiť na posúdenie, ktorá z hliníkových zliatin je z tohto hľadiska najvhodnejšia.V tomto cvičení sa porovnávajú vlastnosti niektorých hliníkových zliatin vhodných na oplášťovanie trupu lietadla. Vyberte postupne z uvedených zliatin tie, ktoré najlepšie vyhovujú z hľadiska hore uvedených vlastností.

7449-T7651 ?7055-T7751 ?7150-T7751 ?7075-T7351 ?7475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9

3193-H4A201.0-T7A356.0-T6S413technicky čistý hliník

Pevnosť v ťahu – Lomová húževnatosť

Pevnosť v ťahu [MPa]

vyhovuje nevyhovuje

Zdroj: CESGranta Design Ltd.

Lomová húževnatosť [MPa.m1/2]


pre dopravné lietadloMateriál trupu lietadlaPožadované vlastnosti: » únavová životnosť » pevnosť v tlaku » pevnosť v šmyku


7449-T7651 ?7055-T7751 ?7150-T7751 ?7075-T7351 ?7475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




B

nevyhovuje

Správne !Najpevnejšie z hliníkových zliatin zvyčajne nemajú dostatočnú lomovú húževnatosť, ktorá je nevyhnutná pri konštrukcii trupu lietadla. Zliatina 7150-T7751 je z uvedených zliatin síce najvhodnejšia, no vyrábajú sa z nej len výstuhy trupu, avšak vonkajší povrch trupu lietadla nie.

Pokračovanie !





A



7449-T7651 ?7055-T7751 ?7150-T7751 ?7075-T7351 ?7475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje

Chyba !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351 ?

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351 ?

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

Správne !Toto je zliatina série 7xxx s najvyššou lomovou húževnatosťou, ktorá je vhodná na výrobu trupu lietadla. Avšak jej použitie na tieto účely nie je až do takej miery rozšírené, ako napr. pri zliatine 2024.

Pokračovanie !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351 ?

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje

Chyba !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T3 ?6013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T3 ?6013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje

Chyba !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T3 ?6013-T66082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

Správne !Táto zliatina sa používa najčastešie pri výrobe povrchu trupu lietadla. Má mimoriadne vhodnú kombináciu lomovej húževnatosti a pevnosti. Keďže je však obtiažne zvariteľná, jednotlivé diely konštrukcie trupu lietadla sa zvyčajne vzájomne spájajú nitovaním.Pokračovanie !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T6 ?6082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T6 ?6082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje

Chyba !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T6 ?6082-T65083-H31050A-H9




vyhovuje

Správne !Toto je príklad nedávno vyvinutej 6xxx zliatiny, ktorá má tiež mimoriadne vhodnú kombináciu lomovej húževnatosti a pevnosti. Keďže je aj dobre zvariteľné, začína sa používať v nových typoch lietadiel. Súčasným vývojovým trendom v leteckom priemysle je snaha nahradiť nitované konštrukcie zvarovanými.Pokračovanie !





A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T6 ?5083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje






7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T6 ?5083-H31050A-H9




B

nevyhovuje


Správne !Zliatina 6082 a iné tradičné 6xxx zliatiny nemajú dostatočnú pevnosť na to, aby dokázali konkurovať zliatinám 2xxx, 7xxx a novovyvinutým druhom vysokopevných 6xxx zliatin používaných pri konštrukciách trupov lietadiel.

Pokračovanie !Lomová húževnatosť [MPa.m1/2]



A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T6 ?5083-H31050A-H9




vyhovuje

B

nevyhovuje


Chyba !




A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H3 ?1050A-H9 ?

3193-H4 ?A201.0-T7A356.0-T6S413technicky čistý hliník ?



vyhovuje

B

nevyhovuje






7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H3 ?1050A-H9 ?



B

nevyhovuje

Zdroj: CESGranta Design Ltd. 3193-H4 ?

A201.0-T7A356.0-T6S413technicky čistý hliník ?

Správne !Nevytvrditeľné zliatiny (napr. 3xxx a 5xxx) nemôžu pevnosťou konkurovať precipitačne vytvrditeľným zliatinám používaným pri konštrukciách trupov lietadiel.

Pokračovanie !Lomová húževnatosť [MPa.m1/2]



A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H3 ?1050A-H9 ?



vyhovuje

B

nevyhovuje

Zdroj: CESGranta Design Ltd. 3193-H4 ?

A201.0-T7A356.0-T6S413technicky čistý hliník ?

Chyba !




A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9



Lomová húževnatosť [MPa.m1/2]vyhovuje

B

nevyhovuje

Zdroj: CESGranta Design Ltd. 3193-H4

A201.0-T7 ?A356.0-T6 ?S413 ?technicky čistý hliník




7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9




B

nevyhovuje



Správne !Nevytvrditeľné zliatiny (napr. 3xxx a 5xxx) nemôžu pevnosťou konkurovať precipitačne vytvrditeľným zliatinám používaným pri konštrukciách trupov lietadiel.

Koniec !



A



7449-T76517055-T77517150-T77517075-T73517475-T7351

2024-T36013-T66082-T65083-H31050A-H9



Lomová húževnatosť [MPa.m1/2]vyhovuje

B

nevyhovuje



Chyba !

Výber hliníkovej zliatinypre dopravné lietadlo

Koniec !

Zdroj: http://aluminium.matter.org.ukVypracoval: J. Jerz, Ústav materiálov a mechaniky strojov SAV,

Bratislava

http://aluminium.matter.org.uk/

Výber hliníkovej zliatiny pre dopravné lietadlo

Documents