Кожа (воздухоплавание)

Обшивка самолета это — внешняя поверхность, которая покрывает большую часть его крыльев и фюзеляжа . Наиболее часто используемые материалы — алюминий и его сплавы с другими металлами, включая цинк , магний и медь .

История

В двадцатом веке алюминий стал важным металлом в самолетах. Блок цилиндров двигателя, который приводил в движение самолет братьев Райт в Китти-Хоке в 1903 году, представлял собой цельную отливку из алюминиевого сплава, содержащего 8% меди; алюминиевые лопасти винта появились еще в 1907 году; а алюминиевые крышки, сиденья, капоты, литые кронштейны и подобные детали были обычным явлением к началу Первой мировой войны.

В 1916 Л. Бреке сконструировал бомбардировщик-разведчик, ознаменовавший первое использование алюминия в рабочей конструкции самолета. К концу войны союзники и Германия использовали алюминиевые сплавы для изготовления каркаса фюзеляжа и крыльев.

Сплавы для деталей планера

самолета Планер был самой требовательной областью применения алюминиевых сплавов; вести хронику разработки высокопрочных сплавов — значит также вести хронику разработки планеров. Дюралюминий , первый высокопрочный термообрабатываемый алюминиевый сплав, первоначально использовался для изготовления каркаса жестких дирижаблей Германией и союзниками во время Первой мировой войны. Дюралюминий представлял собой сплав алюминия, меди и магния; он был создан в Германии и разработан в США как Alloy 17S-T (2017-T4). В основном он использовался в виде листов и пластин. Сплав 7075-T6 (предел текучести 70 000 фунтов на квадратный дюйм), сплав Al-Zn-Mg-Cu, был представлен в 1943 году. С тех пор большинство авиационных конструкций изготавливается из сплавов этого типа. Первым самолетом, спроектированным под номером 7075-Т6, стал патрульный бомбардировщик ВМФ P2V . Более высокопрочный сплав той же серии, 7178-T6 (предел текучести 78 000 фунтов на квадратный дюйм), был разработан в 1951 году; он, как правило, не вытеснил 7075-T6, который имеет превосходную вязкость разрушения. Сплав 7178-T6 используется в основном в элементах конструкций, где производительность имеет решающее значение при сжимающая нагрузка .

Сплав 7079-T6 был представлен в США в 1954 году. В кованых секциях толщиной более 3 дюймов он обеспечивает более высокую прочность и большую поперечную пластичность , чем 7075-T6. Теперь он доступен в листах, пластинах, экструзиях и поковках.

Сплав X7080-T7 с более высокой стойкостью к коррозии под напряжением, чем 7079-T6, разрабатывается для толстых деталей. Поскольку он относительно нечувствителен к скорости закалки , в толстых секциях можно получить хорошую прочность с низкими закалочными напряжениями.

Плакировка из алюминиевых сплавов изначально была разработана для повышения коррозионной стойкости листа 2017-Т4 и, таким образом, для снижения требований к техническому обслуживанию алюминиевых самолетов. Покрытие листа 2017, а затем и 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 Т3 или Т4. Когда появились 7075-Т6 и другие сплавы Al-Zn-Mg-Cu, был разработан алюминиево-цинковый плакирующий сплав 7072, обеспечивающий относительный электродный потенциал, достаточный для защиты новых прочных сплавов.

Однако в высокопроизводительных самолетах, проектируемых с 1945 года, широко использовались конструкции обшивки, изготовленные из толстых листов и профилей, что исключает использование внешней обшивки из альклада . В результате возросли требования к техническому обслуживанию, что стимулировало программы исследований и разработок по поиску более прочных сплавов с улучшенной устойчивостью к коррозии без плакирования.

из алюминиевого сплава Отливки традиционно использовались в неконструктивном оборудовании самолетов, таком как кронштейны шкивов , квадранты , удвоители , зажимы, воздуховоды и волноводы . Они также широко используются в сложных гидроблоках гидравлических систем управления. Философия некоторых производителей самолетов по-прежнему заключается в том, чтобы использовать отливки только в тех местах, где отказ детали не может привести к потере самолета. Резервирование тросовых и гидравлических систем управления позволяет использовать отливки.

За последнее десятилетие технология литья достигла больших успехов. Проверенные временем сплавы, такие как 355 и 356, были модифицированы для обеспечения более высокого уровня прочности и пластичности. Для отливок повышенной прочности были разработаны новые сплавы, такие как 354, А356, А357, 359 и Тенс 50. Высокая прочность сопровождается повышенной структурной целостностью и надежностью работы.

электроконтактная Точечная и шовная сварка используются для соединения второстепенных конструкций, таких как обтекатели, капоты двигателей и дублеры, с переборками и обшивкой. Трудности в контроле качества привели к низкому использованию контактной сварки для основных конструкций.

Ультразвуковая сварка предлагает некоторые экономические преимущества и преимущества в области контроля качества при соединении изделий, особенно тонких листов. Однако этот метод еще не получил широкого развития в авиакосмической промышленности.

Клеевое соединение является распространенным методом соединения как первичных, так и вторичных конструкций. Его выбор зависит от философии проектирования производителя самолета. Он оказался удовлетворительным при креплении ребер жесткости, таких как шляпочные секции к листу и лицевые листы к сотовым заполнителям . Кроме того, клеевое соединение выдерживает такие неблагоприятные воздействия, как погружение в морскую воду и атмосферные условия.

Основные конструкции из алюминия, сваренные плавлением, в самолетах практически не существуют, поскольку используемые высокопрочные сплавы имеют низкую свариваемость и низкую эффективность сварных соединений. Некоторые сплавы, такие как 2024-Т4, также имеют пониженную коррозионную стойкость в зоне термического влияния, если их оставить в состоянии после сварки.

Усовершенствованные процессы сварки и более прочные свариваемые сплавы, разработанные за последнее десятилетие, открывают новые возможности для сварных первичных конструкций. Например, свариваемость и прочность сплавов 2219 и 7039, а также паяемость и прочность Х7005 открывают новые возможности для проектирования и изготовления авиационных конструкций.

Легкий самолет

Легкие самолеты имеют планер в основном полностью алюминиевой конструкции полумонокок, 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. Хотя требования к расчетной прочности относительно невелики, обшивка требует умеренно высокого предела текучести и твердости, чтобы свести к минимуму повреждение грунта камнями, мусором, механическими инструментами 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 последней разработки и постройки обычно имеет стандарт 2024-T3. Внутренняя конструкция включает стрингеры, лонжероны, переборки, элементы пояса и различные крепежные детали, изготовленные из алюминиевых профилей, листового проката, поковок и отливок.

Сплавы, наиболее часто используемые для экструдированных элементов, — это 2024-T4 для секций толщиной менее 0,125 дюйма и общего применения, а также 2014-T6 для более толстых секций с более высокими нагрузками. Сплав 6061-T6 широко применяется для экструзии, требующей тонких сечений и превосходной коррозионной стойкости. Сплав 2014-T6 является основным ковочным сплавом, особенно для шасси и гидроцилиндров. Сплав 6061-T6 и его кованый аналог 6151-T6 часто используются в различных фитингах из соображений экономии и повышения коррозионных характеристик, когда детали не подвергаются сильным нагрузкам.

Сплавы 356-Т6 и А356-Т6 являются основными литейными сплавами, используемыми для изготовления кронштейнов, коленчатых рычагов, шкивов и различных фитингов. Колеса производятся из этих сплавов в виде постоянных 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-О, Н32, Н34 и Н36; иногда используются 6061-T4 и T6. Эти сплавы также являются основным выбором для топливных, смазочных и гидравлических масляных баков, трубопроводов, трубок и кронштейнов приборов, 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, а также новые свариваемые алюминиево-магниево-цинковые сплавы обладают преимуществами по прочности по сравнению с ранее упомянутыми.

Листовая сборка легких самолетов осуществляется преимущественно заклепками из сплавов 2017-Т4, 2117-Т4 или 2024-Т4. Саморезы для листового металла доступны из алюминиевых сплавов, но чаще используются стальные винты с кадмиевым покрытием, чтобы получить более высокую прочность на сдвиг и управляемость. Сплав 2024-T4 с анодным покрытием является стандартным для алюминиевых винтов, болтов и гаек, изготовленных по военным спецификациям. Однако сплав 6262-T9 лучше подходит для изготовления гаек из-за его практически невосприимчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением.