BUDAPESTI MSZAKI S GAZDASGTUDOMNYI EGYETEM KZLEKEDSMRNKI KAR

REPLGP SZERKEZETTAN

SZERZK:

DR. GTI BALZS KONCZ IMRESZERKESZT:

DR. GTI BALZS

2010.

A II. Nemzeti Fejlesztsi Terv Trsadalmi Megjuls Operatv Program TMOP-4.1.2/A/2-10/1-2010-0018 azonost szm programja keretben kszlt jegyzet.

A projekt cme: Egysgestett Jrm- s mobilgpek kpzs- s tananyagfejleszts

A megvalsts rdekben ltrehozott konzorcium rsztvev: a Kecskemti Fiskola a Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem az AIPA Alfldi Iparfejlesztsi Nonprofit Kzhaszn Kft.

2

Tartalomjegyzk1 2 Bevezet .......................................................................................................7 Terhelsek ..................................................................................................10 2.1 Szrny .................................................................................................13 A szrnyra hat ignybevtelek fajti ........................................14 Manver burkolgrbe ..............................................................16 Szllks burkolgrbe ..............................................................22 Egyestett burkolgrbe .............................................................26 Fkszrny ....................................................................................29 Aszimmetrikus terhelsek ..........................................................30

2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3

Vzszintes vezrsk ..............................................................................30 Fggleges vezrsk ............................................................................32 Lgerk fesztv menti megoszlsa .....................................................32 Futm ...............................................................................................33 Hajtmbekts .................................................................................36 Trzs ...................................................................................................38

Fmes szerkezeti anyagok ..........................................................................39 3.1 3.2 3.3 Acl .....................................................................................................41 Alumnium ..........................................................................................42 Titn....................................................................................................45

4 A replgpgyrtsban alkalmazott kompozit anyagok s gyrtsi eljrsok .............................................................................................................46 4.1 Bevezets ...........................................................................................46 Kompozit anyag fogalmi meghatrozsa: ..................................46 A kompozit anyagok trtnelmi ttekintse: .............................46

4.1.1 4.1.2 4.2

A kompozit anyagok jellemzi, kompozit-szerkezetek csoportostsa 49 Kompozitok elnyei: ...................................................................49 3

4.2.1

4.2.2 4.2.3 4.3

Kompozitok htrnyai: ...............................................................55 Kompozit-szerkezetek csoportostsa: .......................................59

Replgp-ipari kompozit technolgia alapanyagai ..........................61 Erstanyagok: ..........................................................................62 Mtrixanyagok:...........................................................................65 Maganyagok ...............................................................................67 Ragasztk....................................................................................70 Tltanyagok ..............................................................................71 Segdanyagok.............................................................................71

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6

4.4 A replgpgyrts s javts sorn alkalmazott kompozit gyrtsi eljrsok .........................................................................................................72 4.4.1 4.4.2 4.4.3 Kzi laminls nedves impregnlssal (Wet-layup) ...................72 Elimpregnlt erstanyagok hasznlata (Prepreg Method)....74 VARTM Vkuum Segtsgvel Trtn Gyantabeszvs: .........76

4.4.4 Folykony gyantabeprselses impregnls: (RTM Resin Transfer Molding) .......................................................................................77 4.4.5 4.4.6 Laying) RFI Gyantafilm Infzis impregnls .......................................78 ATL - Automatizlt prepreg szalagterts (Automated Tape 78

4.4.7 AFP - Automatizlt szlfektet eljrs (Automated Fiber Placement) .................................................................................................79 4.4.8 4.4.9 4.4.10 Pultrzi (szlhzsos impregnls): .........................................80 Szl-, s szalagtekercsels: (Filament-, and Tape Winding) .......80 Csgngyls (Tube Rolling): .....................................................81

4.4.11 Hre lgyul polimer mtrixanyag (PPS Polifenilnszufid; PEEK -Politer-ter-keton) kompozitok prsformzsa:............................82 4.4.12 5 Sznszl-ersts sznmtrix kompozitok gyrtsa: ..............82

Korszer replgpek ktelemei .............................................................83 5.1 A ktelemek anyagai ........................................................................83 4

5.2.1. Alumniumtvzetek ........................................................................83 5.2.2. Acltvzetek ...................................................................................83 5.2.3. Titn s titntvzetek.....................................................................84 5.2.4. Szupertvzetek (Superalloys) .........................................................84 5.2 5.3 A ktelemek csoportostsa ktsmdjuk szerint ...........................85 A leggyakrabban alkalmazott ktelemek fajti ................................85 Szegecsek ...................................................................................85

5.3.1

5.3.2 Nem oldhat nagyszilrdsg menetes vg- s menet nlkli csapszegek ..................................................................................................98 5.3.3 Oldhat nagyszilrdsg hengeres- s kpos szr, menetes vg csapszegek .......................................................................................106 5.4 6 Ktelem kiegsztk, msodlagos ktelemek ..............................110

Szerkezeti megoldsok .............................................................................111 6.1 Rcsszerkezet ptsmd ...............................................................111 Trzs .........................................................................................111 Szrny .......................................................................................112 Futm .....................................................................................113

6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.2

Flhjszerkezet ptsmd.............................................................120 A vals szerkezet idealizlsa ...................................................120 Hzs-nyoms ..........................................................................121 Hajlts ......................................................................................121 Csavars....................................................................................124 Nyrs........................................................................................130 Kihajls .....................................................................................144 Szrny .......................................................................................153 Trzs .........................................................................................167

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6 6.2.7 6.2.8 6.3

Szendvics szerkezetek ......................................................................173 A szendvics szerkezetek felptse...........................................174 5

6.3.1

6.3.2 6.3.3 6.4 7

A szendvics szerkezetek anyagai, gyrtsi eljrsai: ................176 A szendvics szerkezetek tervezsi szempontjai .......................177

Anyagfradsi szempontok ..............................................................178

Irodalomjegyzk .......................................................................................182 Lgerk fesztv menti megoszlsa ...........................................184 Replgp karbantartsnak dokumentcis rendszere ........201 Kpgyjtemny.........................................................................205

A Fggelk: B Fggelk: C Fggelk:

6

1 BevezetA replgpek tehervisel szerkezetnek megtervezshez s mretezshez szksges legfontosabb ismeretek elsajttst oktatja a Replgpek szerkezete tantrgy. Ez a jegyzet terjedelmnl fogva csak a mr korbban megjelent mvek kiadsa ta elterjedt legfontosabb jdonsgok bemutatsra vllalkozik. Teht tovbbra is szksges az irodalomjegyzkben felsorolt mvek ismerete a tananyag maradktalan elsajttshoz. Ugyan egy replgp megtervezsnek a legkzzelfoghatbb rsze a tehervisel szerkezet megtervezse, de nem sszekeverend a replgp tervezssel, amely a szerkezet kialaktsa eltt zajlik. Ugyanis a gp elrendezse, s a f mretek pl. a szrnyfellet alakja, nagysga vagy a trzs mretei nem szilrdsgi szmtsok alapjn kerlnek meghatrozsra. Ez a tevkenysg a replgp tervezsnek nevezett folyamat, amely rzkeny keverke egyszerbb tmegbecslsi eljrsoknak, teljestmny- s stabilitsszmtsoknak, aerodinamikai s propulzis szempontoknak, valamint szilrdsgi megfontolsoknak. A replgp tervezs (aircraft design) fogalma tulajdonkppen ezt a tevkenysget takarja. A replgpet alkot szerkezet fbb mretei teht mr adottak a tehervisel szerkezet kialaktshoz, azaz a konstrukcihoz. A konstrukci sorn kerl tbbek kztt meghatrozsra, hogy rcsszerkezet vagy flhjszerkezet legyen egy elem, hny borda legyen, hol hzdjanak a merevtk, milyen mdon kapcsoldjon a szrny s a trzs, teht nagyjbl azok a dntsek szletnek meg, ami alapjn mr le lehet rajzolni, hogyan fog kinzni a replgp szerkezete. Ez nagyon intuitv tevkenysg: a konstruktr ceruzval a kezben vzlatokat rajzol, s ekzben inkbb tletekre, pldkra, megrzsekre tmaszkodik, mint kpletekre. A kis kltsgvets hobbi replgpek esetben a konstrukci szabadsgt ersen korltozhatjk a hozzfrhet ptelemek, flksz termkek, anyagok stb. A nagy sorozatban ksztend tpusok esetben nagyobb a konstruktr szabadsga, de pldul ktelemek tekintetben ltalban k se jrhatnak egyedi utat. A teljesen egyedi (verseny vagy kutatsi cl) replgpek konstruktrei viszont ltalban teljes szabadsgot lveznek a kijellt cl elrse rdekben. Ezt a 7

tevkenysget nem lehet egyetemi eladsok keretben oktatni, hanem egyszeren gyakorolni kell: replmodell ptssel, sztszedett replgpek s alkatrszek bngszsvel, tnkrement alkatrszek elemzsvel. Ha valakiben van konstrukcis rzk, abban ezek a tapasztalatok gyorsan sszellnak egy j megoldss, akiben nincsen, az sokat kzd, mire egy elfogadhat vzlatot fel tud mutatni. Ha kialakult a szerkezet elrendezse, vzlata, akkor kerlhet sor az elemek mretezsre. Jelen jegyzet ehhez nyjt segtsget. A mretezs els fzisa a f szerkezeti elemek (pl. ftart, motortart bak) geometriai mreteinek meghatrozst clozza meg. Mivel a szilrdsgi egyenletek alapveten adott anyagminsgbl s geometribl (tartszlessg, -vastagsg, elemek egymshoz viszonytott helyzete stb.) indulnak ki, s mechanikai feszltsget adnak eredmnyl, ezrt ltalban a konstruktr felveszi a kiindul geometriai adatokat, s a szmtsokkal csak ellenrzi, hogy a kialakul feszltsg elfogadhat-e. Ha ezek a szmtsok altmasztjk a kiindul adatokat, akkor lehet a rszletek irnyba tovbb haladni. Ha nem, akkor valamilyen mdostsra van szksg. ltalban elszr az anyagvastagsgok vagy anyagminsgek mdostsval rdemes prblkozni, de ha ez nem vezet eredmnyre, akkor elkerlhetetlen magnak a konstrukcinak a mdostsa. Ebben a fzisban ppen az okozza a legtbb gondot, hogy nem llnak rendelkezsre a rszletek, teht a tanult kpletekbl a megszokott pldatri pldkkal ellenttben sok adat hinyzik. Emiatt sszertlen az sszes ltez terhelsi eset vgigszmolsa is. Csupn a legfontosabbnak tlteket rdemes figyelembe venni. Teht szintn nagy szerepe van a gyakorlatnak s a mrnki hasnak a szilrdsgi ismeretek mellett. Ennek megfelelen az eredmny mg nem lesz teljesen megbzhat. Viszont a fentiek alapjn eljutva a rszletekig (ktelemek, toldelemek, csapgyak, mozgatsok) kszen ll a szerkezet arra, hogy a tpusalkalmassgi engedlyhez szksges sszes ellenrz szmts (sszes alkatrsz sszes terhelsi esete) elkszljn. Ez mr nem konstrukcis tevkenysg, hanem pontossgot s kvetkezetessget kvn, ugyanakkor knnyen gpiess vl tevkenysg. Egyrszrl ezek alapjn vllalhat felelssget a mrnk a munkjra, ezek alapjn bzhat leteket a replgpre; msrszrl itt derl fny az elz fzisban elkvetett hibs becslsekre, s az abbl kvetkez alulvagy fllmretezsekre. Ezeket elmletileg termszetesen lehet mg javtani 8

(az alulmretezseket kell is!), de nagyon kellemetlen, ha ilyenkor derl ki, hogy eggyel tbb bordra vagy msmilyen ftartra van szksg. A tervezsnek ebben a fzisban mr inkbb csak knyszermegoldsokhoz lehet folyamodni az anyagi korltok, s a hatridk miatt. A konstrukcitl kezdve az egsz folyamat ugyangy zajlik CAD rendszerek alkalmazsa esetn is, azaz ekkor sem lehet az elzetes megfontolsokat, a 2D-s vagy ceruzavzlatokat elhagyni, mert a szmtgpen is nagyon komoly munka egy teljes 3D-s sszelltsi rajz jrarajzolsa. Minden szerkezeti szmts menete a kvetkezkppen nz ki attl fggetlenl, hogy kzelt vagy rszletes szmts: 1. Terhels meghatrozsa: A lgikzlekedsben minden esetben a lgialkalmassgi elrsokat kell kvetni. Elfordulhat, hogy a terhelsek meghatrozsa nagyobb feladatot jelent, mint maga a szilrdsgi szmts. Msodlagos szerkezeti elemek esetben elfordulhat, hogy a mrnknek kell dntst hoznia, de mindenesetben az elrsok szellemben kell eljrnia. 2. Szerkezeti modell fellltsa: Egy konstruktr ltal kigondolt szerkezeti megolds ritkn felel meg egy steril szilrdsgtani pldatri pldnak. Az esetek tbbsgben a szilrdsgi szmtst vgz mrnknek kell leegyszerstenie a valsgot gy, hogy a tanult kpletek, mdszerek alkalmazhatk legyenek r. Ez megfelel annak a tevkenysgnek, mint amikor a vgeselemes analzist vgz mrnk a kezbe kapott komplex alkatrszt megrajzolja a szmtgpen. Neki is egyszerstenie kell, de gy, hogy a futtats eredmnye rvnyes maradjon az adott alkatrszre. Termszetesen mindig a biztonsg irnyba trtnhet csak az egyszersts. Ebbl addan az is elfordulhat, hogy egy adott szerkezeti elemet klnbz mdon kell leegyszersteni klnbz terhelsi esetekben. 3. Szilrdsgi szmts: a fellltott modellre fel kell rni az ismert sszefggseket, s kiszmolni az eredmnyt. Az eredmnyek nagysgrendi ellenrzsre mindenkppen szksg van. Ez lehet egy hasonl, mr bevlt megoldssal trtn sszehasonlts (A konkurencia gpn ez mekkora?), vagy kt fggetlen mdszer alkalmazsa (vgeselem + analitikus megolds). 9

2 TerhelsekA repls hskorban a replgpekre hat terhelseket a konstruktr becslte meg, s ez alapjn mretezte a szerkezeti elemeket. Mra azonban a lggyi hatsgok sszegyjtttk az n. lgialkalmassgi elrsokban azokat a terhelsi eseteket, melyekre a replgpek alkatrszeit mretezni kell. Haznkban, mint az Eurpai Uni egyik tagllamban a European Aviation Safety Agency (EASA) ltal kiadott Certification Specification-k vannak rvnyben. (Termszetesen csak azokra a lgijrm kategrikra vonatkozan, amelyek nincsenek nemzeti hatskrbe utalva.) Minden kategrira klnbz lgialkalmassgi elrsok vonatkoznak. Nhny plda: EASA CS-22 EASA CS-VLA EASA CS-23 EASA CS-25 EASA CS-27 EASA CS-29 : vitorlz replgpek : nagyon knny replgpek : kis replgpek : nagy replgpek : knny helikopterek : nehz helikopterek

A dokumentumokban az elsdleges tehervisel elemekre vonatkoz terhelsi esetek mindig a C alfejezetben (Subpart C: Structure) tallhatk. A msodlagos szerkezeti vagy egyb szerepet betlt elemekre (kezel- s kormnyszervek, lsek, kerekek, stb.) vonatkoz tervezsi kritriumok valamint a tesztek megvalstsra vonatkoz elrsok a D alfejezetben (Subpart D: Design and Construction) tallhatk. Ezek nem felttlenl szilrdsgi kvetelmnyek, hanem egyb konstrukcis szempontokat tartalmaznak, mint pldul anyagvlaszts, megvalstand funkcik, geometriai mretek, konstrukcis kialaktsok. Ugyan ebben a jegyzetben csak a C alfejezetet trgyaljuk, de a D alfejezet ismerete nlkl sem rdemes nekikezdeni egy replgp tervezsnek. Mindkt alfejezet hagy maga utn nyitott krdseket, azaz tbb esetben is felmerlhet, hogy az adott kvetelmnyt hogyan lehet teljesteni, milyen irnyban kell keresni a megoldst. Ebben segt az gynevezett 2. knyvben (pl. CS-25 Book 2) megtallhat AMC (Acceptable Means of Compliance A megfelels elfogadott mdjai). Az alfejezetek rtelmezsekor minden esetben clszer az AMC tanulmnyozsa is. (A jegyzet kiadsakor az EASA oldalrl letlthet PDF llomnyok eleve tartalmazzk ezeket az elrsokkal egytt.)

10

Ahogy a klnbz lgijrm kategrikra vonatkoz dokumentumok felptse, gy a bennk lert terhelsi esetek is sok ponton hasonltanak egymsra, de termszetesen el is trnek egymstl. Gyakran csupn szmrtkekben, de akr egsz terhelsi esetek is megjelenhetnek vagy eltnhetnek egyes replgp kategrikban. Ez a jegyzet azokat a fbb terhelsi eseteket ismerteti, amelyek a motoros merevszrny replgpekre jellemzek, konkrt pldaknt pedig az EASA CS-23-ra (1) fogunk utalni. A lgialkalmassgi elrsok szvegezse inkbb hasonlt jogi paragrafusokra, mint tanknyvre, gy rtelmezsk az els olvassra nehzkes. De nem csak a megrts jelenthet problmt, hanem az elrt szmtsok mennyisge s komplexitsa is. Nhny esetben erre mg az EASA is tekintettel van, gy pldul a CS-23 vgn tallhat egy A Mellklet (Appendix A), melyben egyszerstett szilrdsgi elrsok tallhatk. Ha ezek alapjn vgzik a replgp mretezst, az kevesebb munkt jelent a terveznek, viszont a sok egyszersts miatt a replgp tl lesz mretezve. Ezt olyan esetben clszer vlasztani, ha a tpusbl kevs pldny fog kszlni, s azok is fleg hobby clokat szolglnak. gy a tervezsi kltsgek cskkennek, teht a beszerzsi r alacsony marad. Az ebbl kvetkez tlmretezsek miatt viszont az zemeltetsi kltsgek lesznek magasabbak, de ezt egy hobby cl replgp esetben az zemeltet vllalja az alacsonyabb beszerzsi rra val tekintettel. Az Egyeslt llamokban termszetesen nem az EASA CS-ek vannak rvnyben, hanem a Federal Aviation Administration (FAA) ltal kiadott Federal Aviation Regulation-k (FAR). Ezek kategrii, filozfija, rtkei, paragrafusai, st a paragrafusok szmozsa is nagymrtkben megegyezik az EASA CS-ekkel. Van pr klnbsg is termszetesen, de ezek megmutatsa a jegyzet keretein tl mutatna. A lgialkalmassgi elrsok nem tartalmazzk az sszes ltez s elkpzelhet terhelsi esetet, melybe egy replgp kerlhet. Csak azokat, amelyeket figyelmen kvl hagyva a replgp nagy esllyel nem lesz alkalmas biztonsgos replsre. Teht a tervez tovbbra is kteles felelsen gondolkodva, az sszegyjttt tapasztalatait felhasznlva mretezni a replgp szerkezeti elemeit, hiszen a felelssg tovbbra is t terheli. A lggyi hatsg olyan nagysg terhelseket definil az egyes terhelsi esetekhez a lgialkalmassgi elrsokban, amelyekkel a replgp az lete 11

sorn valsznleg tallkozni fog. Ezt nevezzk biztos terhelsnek (limit load). A mretezs sorn azonban alkalmazni kell egy biztonsgi tnyezt is, amellyel meg kell szorozni a biztos terhelst. Vgeredmnyben az gy kapott n. tr terhelsre (ultimate load) kell mretezni a replgpet. Teht: biztos terhels * biztonsgi tnyez = tr terhels A biztonsgi tnyez rtke a replsben ltalban j=1.5. Ez durvn fogalmazva azt jelenti, hogy a tervezasztalon a replgp 50%-kal nagyobb terhelst is el tud viselni, mint amire szksg lenne. Ez egyfell soknak tnik, msfell az ltalnos gpszeti gyakorlatban a biztonsgi tnyez ennl is nagyobb (ltalban j=2). Azonban egy ilyen magas biztonsgi tnyez olyan nagy res tmeget (OEW Operated Empty Weigth) eredmnyezne, ami gazdasgtalann teszi a replst. A biztonsgra viszont fokozottan oda kell figyelni, hiszen repls kzben egy meghibsodsnak sokkal komolyabb kvetkezmnyei vannak, mint a legtbb ltalnos gpszeti alkalmazsban. Ennek ksznhet az elrt terhelsi esetek igen nagy szma, amely a mrtkad terhels kivlasztst sokkal megbzhatbb teszi, s gy a biztonsgi tnyez alacsonyabb rtke nem jelent kisebb biztonsgot. Mindemellett azokban az esetekben, amelyekben bizonytalansg merl fel a mretezs vagy a gyrts sorn, (pl. ntvnyek vagy olyan elemek, amelyek jellemzi elrelthatan cskkeni fognak az lettartamuk elrehaladtval) ott a biztonsgi tnyez nvelst rjk el a lgialkalmassgi elrsok. A biztonsgot szolglja az is, hogy a lggyi hatsg a lgialkalmassgi elrsok rtelmben a tpus alkalmassgi engedly megadsakor elrhat (s rendszerint el is r) terhelsprbt. A terhelsprba sorn a replgpnek meghibsods nlkl el kell viselnie a biztos terhelst, teht minden elemnek mkdkpesnek kell maradnia a terhels hatsra, s a terhels megsznte utn marad deformci nlkl fel kell vennie az eredeti alakjt. A terhelsprba sorn a terhelst tovbb kell nvelni egszen a tr terhelsig, melyet 3 mp-ig kell elviselnie a replgpnek tnkremenetel nlkl. Ez azt jelenti, hogy ekkora terhels hatsra mr pl. megszorulhat a csrkormny vagy fellphet valamennyi loklis marad deformci, de a terhels megsznte utn a csrnek jra mkdnie kell, s a marad deformci sem lehet akkora, hogy az a szrny tnkremenetelt jelentse. A hatsg nem rhatja el, de a komoly gyrtk nha kihasznljk a terhelsprba nyjtotta lehetsget, s a 12

terhels mg tovbbi nvelsvel egszen trsig terhelik a szerkezetet. Ennek sorn ssze tudjk hasonltani, hogy a mretezsi eljrsaik mennyire adnak pontos eredmnyt, azaz mennyi felesleges anyagot ptenek be a replgpbe, amelyet mr nem kvetelnek meg az elrsok, csak a mretezs sorn a bizonytalan esetekben a biztonsg fel meghozott dntsek eredmnye. A kisebb gyrtk vagy az otthon pt amatrk nem engedhetik meg maguknak, hogy a terhelsprbnak kitett replgpet tnkretegyk, teht trsprbrl sz sem lehet. St figyelnik kell arra is, hogy a szerkezet a tr terhelst is mindenfle krosods nlkl brja ki, hogy replhessen a vizsglatnak alvetett pldny is. Termszetesen ez azt jelenti, hogy az elrtnl teherviselbb, de az optimlisnl nehezebb is lesz a szerkezet. A kvetkez fejezetekben trgyaljuk a replgp f rszeire vonatkoz legfontosabb elrsokat. Nem trekedhetnk a teljessgre, mert tlthatatlann tenn a tananyagot. Emiatt azt sem rszletezzk, hogy a replgp egyes rszei kapcsn lert terhelsi esetek milyen ms alkatrszekre vonatkoznak mg. Aki mretezsre vllalkozik, az szembeslni fog az elrsok rtelmezsnek ezzel a sok idt s energit rabl rszvel is.

2.1 SzrnyA lgerk dnt tbbsge a replgp szrnyn bred. Egy hagyomnyos elrendezs, szabadon hord szrnnyal ptett replgp esetben a szrnyat szilrdsgi szempontbl egy trzsbe befogott, konzolos tartknt kpzelhetjk el, melyet elssorban megoszl lgerk, tovbb tmegerk (sajt tmeg, zemanyag tmeg) terhelnek. Ezeken fell koncentrlt erk s nyomatkok is hathatnak r a futm- vagy a hajtmbektsnl.

13

2.1-1. bra: Szrnyra hat terhelsek

2.1.1 A szrnyra hat ignybevtelek fajti A szrnyra hat legnagyobb erket a lgerk jelentik. Ezek tulajdonkppen egy felleten megoszl errendszert jelentenek, melyet nehz analitikusan kezelni. Azonban ha a szrnyat a fesztv mentn szeletekre vgjuk, akkor a szrnyprofilok aerodinamikjnl megismert megkzeltssel egy adott szeleten kialakul nyomsmegoszlst az adott szelet AC pontjba koncentrlt kt, egymsra merleges er s egy tiszta csavarnyomatk segtsgvel rhatjuk le. Az egyes metszetekben bred azonos komponensek sszessgt egy vonal mentn terhel megoszl erknt tudjuk lerni, mely a szrnyat, mint egyik vgn befogott, konzolos tartt terheli.

14

2.1-2. bra: Vonal mentn megoszl terhelsek a szrnyon

Az els komponens a felhajter, amely definci szerint az ered lgernek a tvoli megfvs irnyra merleges komponense. Teht irnya nem a replgphez kttt, de a profil hrjra kzel merleges, attl kb. -10 15 fokban tr csak el llsszgtl fggen. A fesztv mentn megoszl felhajter megoszls nyugodt vzszintes replsben felfele mutat, s sszessgben a replgp slyval egyenl. Ez a megoszl er repls kzben igyekszik a szrnyat "sszetapsoltatni", azaz felfele hajlt nyomatkot okoz a szrnyban. A szrny mretezsnl ennek megakadlyozsa jelenti az egyik legnagyobb feladatot. Az ignybevteli brkkal kapcsolatos, korbbi ismeretekbl kvetkezik, hogy a felhajter ezen fell nyrst is okoz a szrnyszerkezetben, amely a szrnyat norml replsben felfele igyekszik levlasztani. Az ellenlls komponens a megfvssal prhuzamos irny, s gy igyekszik a szrnyat htracsukni. Maga az okozott hajltnyomatk kb. egy nagysgrenddel kisebb, mint a felhajter ltal okozott hajltnyomatk, radsul a szrny hrirnyban jval hosszabb (s ezzel a msodrend nyomatka is jval nagyobb), mint arra merlegesen, gy az ellenlls ltal okozott hajltnyomatk nem szokott problmt okozni a mretezs sorn. Termszetesen ebben az irnyba is fellp nyrs.

15

A harmadik komponens a felhajter tmadspontjnak vndorlst ler, fesztv mentn megoszl tiszta csavarnyomatk, melynek termszete az aerodinamika trgy keretben kerlt trgyalsra. Ezt nehezebb elkpzelni, mint egy megoszl errendszert, de ettl fggetlenl komoly csavarignybevtelt okoz a szrnyon, amelyrl nem szabad megfeledkezni. rtke a sebessggel ngyzetesen nvekszik, gy nagy sebessg replsben okozhatja a szrny lecsavarodst elre; akr olyan esetben is, amikor a felhajter nagysga nulla (zuhans). Az itt bemutatott terhelsek nagysga, st irnya replsi helyzettl fggen vltozik. Az idjrs s a pilta a hrom kormnnyal a replgp szrnyn vgtelen szm kombincit, azaz terhelsi esetet tud ltrehozni bellk. Kptelensg egyetlen olyan terhelsi esetet mondani, amelyre mretezve a gp minden alkatrsze megfelelen ers lesz, de nem feleslegesen nehz. A lgialkalmassgi elrsok ezrt definilnak tbb terhelsi esetet, melyeknek mind megfelelve szilrdsgi szempontbl biztonsgos replgp pthet. Ezek a terhelsi esetek radsul nem is felttlenl hozhatk ltre egyknnyen vals replssel, teht a tovbbiakban nem tudunk felttlenl minden terhelsi esethez egy-egy replsi llapotot rendelni. 2.1.2 Manver burkolgrben n1 A D

1 VS -1 n2 G F VA VC E VD EAS

2.1-3. bra: Manver burkolgrbe

Az elrt terhelsi esetek egy rsze a pilta ltal vgrehajtott manverek hatst rja le az n. manver burkolgrbe segtsgvel (2.1-3. bra). A manver burkolgrbe vzszintes tengelyn a replsi sebessg (EAS Equivalent Air Speed) ll, a fggleges tengelyen pedig a terhelsi tbbes, mely 16

definci szerint a replgp hossztengelyre merleges aerodinamikai erkomponensnek s a slyernek hnyadosa. rtkt a vizsglataink idejre a felhajter s a sly hnyadosval kzeltjk:n L G( 2.1-1)

A terhelsi tbbes egy mrtkegysg nlkli szm, amely a szrnyon keletkez sszes felhajter nagysgval fgg ssze. A szerkezetet r ignybevtel ez alapjn mr szmthat, teht a szilrdsgi mretezs elvgezhet. Msfell a terhelsi tbbes azt a fggleges gyorsulst is definilja, melyet a pilta a "legfontosabb rzkszervvel" - mszer nlkl is - rzkel, azaz minden krlmnyek kztt tudatban lesz annak, hogy a szrnyon mekkora az ignybevtel. Erre a gyorsulsra utal a repls kznyelv, amikor "4 g-s" felrntsrl beszl. Ekkor a gp slynak ngyszeresvel egyenl a felhajter gy a terhelsi tbbes n=4. A terhelsi tbbes pozitv, ha a felhajter a replgphez viszonytva felfele mutat, s a piltt a gyorsuls az lsbe szortja. A lgialkalmassgi elrsok rtelmben a replgpeknek ki kell brnia egy n1 nagysg terhelsi tbbest VD sebessgig. Az n1 minimlis rtkre gpkategrinknt ms s ms az elrs. Egyes esetekben egy konkrt szmrtk. A CS-23 Utility kategria esetben pldul n1min=4.4. Ms esetekben egy kplet segtsgvel szmolhat ki. A CS-25-ben pldul a kvetkez a kplet: , ahol W a max. felszll tmeg fontban (lb) mrve. A tervez vlaszthat az elrtnl nagyobb rtket is, ha gy gondolja, de kisebb rtk esetn nem felel meg a kategria kvetelmnyeinek. A VD sebessg (Design Dive Speed tervezsi zuhansebessg) a replgp maximlis sebessge. Ennek rtkt szintn a tervez vlasztja ki, de az tessi sebessget termszetesen egy bizonyos mrtkben meg kell haladnia, melyre szintn az elrsok adnak tmutatst. A replsi kziknyvben szerepl, s ezrt kzismertebb VNE sebessg (Never Exceed Speed max. replsi sebessg) a VD szintn elrsokban meghatrozott hnyada (ltalban 9095%-a kategritl fggen). Kis sebessgnl a replgpek szrnya fizikailag kptelen elegend felhajtert termelni a mrtkad terhelsi tbbes ltrehozshoz. Egy adott szrnnyal 17

elvileg maximlisan ltrehozhat terhelsi tbbes a kvetkez mdon szmthat:C L max V 2 G2

n max

L max G

S

(2.1-2)

, ahol CLmax V S

: a szrny maximlis felhajter tnyezje : leveg srsg : replsi sebessg : szrnyfellet

Ez a manver burkolgrbben (2.1-3. bra) egy origbl felfel indul msodfok grbe. Amg a grbe el nem ri az 1-es rtket, addig a replgp nem tud a gp slyval egyenl felhajtert termelni, teht kptelen egyenesvonal, egyenletes replsre. Ahol ez lehetv vlik, az a VS tessi sebessg (Stall Speed) Ennl nagyobb sebessgeknl ugyan tud mr replni a replgp, de egszen az gynevezett VA felrntsi sebessgig (Design Manoeuvring Speed) a szrny nem tud elegend felhajtert termelni az n1 terhelsi tbbes ltrehozshoz, gy ezeken a sebessgeken nem is kveteli meg a lgialkalmassgi elrs a szerkezettl az n1 elviselst. A felrntsi sebessg ismerete azrt fontos a piltknak, mert ez al cskkentve a gp sebessgt nehezen kpzelhet el olyan eset, hogy a lgerk krt okoznnak a szerkezetben, akr a szllksek, akr vatlan kormnymozdulat miatt, teht biztonsgot jelent. Viszont efltt a sebessg fltt mr tisztban kell lenni a kormnymozdulatok hatsval. Egy replgpnek azt is el kell viselnie, ha a terhelsi tbbes negatv, azaz a szrny llsszge negatv, s gy (a replgphez viszonytva) lefele irnyul felhajter keletkezik. A manver burkolgrbnek ez a negatv tartomnya. Felptsben hasonl a pozitv tartomnyhoz, de van pr eltrs. Az els klnbsg, hogy a burkolgrbe az n=-1 terhelsi tbbest nagyobb sebessgnl ri el, mint az n=1 rtket a pozitv oldalon. Ez csak aszimmetrikus profilok 18

esetn igaz, mert ezeknek negatv llsszgek esetn ltalban kisebb a maximlis felhajter tnyezjk, s gy laposabb a parabola ve a (2.1-2 egyenlet rtelmben. A negatv tervezsi terhelsi tbbes (n2) abszolt rtke ltalban szintn nem egyezik meg az n1 rtkvel, gy ez a terlet kisebb szokott lenni. A manver burkolgrbe jobb als sarka is eltr jobb fels sarktl. Ez egy engedmny a pozitv tartomnyhoz kpest, mivel egy tlagos replgp esetben nincs szksg a maximlis sebessg krnykn egy n2 nagysg negatv manver vgrehajtsra, gy erre szilrdsgilag sem kell alkalmasnak lennie. A lgialkalmassgi elrsok gy egy sport vagy utasszlltsi cl replgp esetben engedik, hogy a mretezsi terhelsi tbbes a VC sebessgtl a VD sebessgig n2-rl 0-ra (egyes kategrikban -1-re) vltozzon linerisan. A VC sebessg szereprl a szllks burkolgrbe sorn lesz mg sz. A manver burkolgrbe azonban nem felttlenl aszimmetrikus. A mrepl gpek kzl sok pldt lehetne felhozni teljesen szimmetrikus manver burkolgrbre is. Ugyanis fleg a versenyzsre alkalmas gpeket elszeretettel ptik szimmetrikus profillal s ugyanolyan pozitv s negatv manverek kivitelezsre. Termszetesen ez nem mond ellent az elrsoknak, mivel tltejesteni mindig szabad ket. Viszont a replsi kziknyvbe csak akkor kerlhetnek bele a jobb rtkek, ha a tpusalkalmassgi eljrs sorn a gyrt igazolja, hogy ugyangy teljesti a gp ezeket az emelt szint kvetelmnyeket is, mintha el lennnek rva. A szilrdsgi mretezs sorn gy kell szmolni, hogy a replgp talpon, bednts nlkl, vzszintes irnyban repl, s ekzben hat r az adott terhelsi tbbesnek megfelel terhels. Gyorsan belthat, hogy ez csak kivteles esetben lehet llandsult replsi llapot, hiszen a replgpre hat erk ritkn egyenltik ki egymst a burkolgrbn bell. Nzznk nhny replsi manvert, s elemezzk a bennk hat terhelseket a burkolgrbe segtsgvel. Utaz repls. Ebben a helyzetben ppen eregyensly van, azazL G(2.1-3)

19

, amibln L G 1(2.1-4)

, azaz a terhelsi tbbes n=1. Ez a manver burkolgrbe ltal krbefogott terletnek az a pontja, amit az aktulis sebessghez tartoz fggleges s az n=1-hez tartoz vzszintes egyenes metsz ki. Felvtel. A felvtel egy olyan manver, amely sorn a pilta vzszintes szrnyakkal replve (pldul sllyed replsben) maga fel hzza a botkormnyt, s ezzel nagyobb felhajtert hoz ltre a szrnyakon, mint a gp slya, s ezltal krplyra knyszerti fggleges skban. (Bukfencnek hvjuk, ha teljes krt tesz meg a replgp.) A manver burkolgrbe ennek a manvernek azt a pillanatt rja le, amikor ppen vzszintes a replgp sebessgvektora. A burkolgrbe A pontja pldul azt felttelezi, hogy ebben a helyzetben a gp sebessge ppen VA s a terhelsi tbbes rtke ppen n1. Fordul. Szablyos fordul esetben - mint az replsmechanikbl ismeretes - a szrny nagyobb felhajtert hoz ltre, mint a gp slya. Teht a terhelsi tbbes n>1. Ugyan fordulban nem vzszintesek a replgp szrnyai, de ettl mg nem kell kln a fordulkra rvnyes terhelsi eseteket elrni. Ugyanis egy szablyos fordulban a felhajter irnya tovbbra is a replgp szimmetriaskjba esik, ahogy vzszintes replsben is. Teht ha a manver burkolgrbe alapjn a replgp kibr egy n1 nagysg terhelst, akkor egy ugyanekkora terhelsi tbbes fordul is biztonsggal vgrehajthat vele. Htonrepls. Ebben az esetben az utazreplshez hasonlan szintn eregyensly van, azaz a felhajter nagysgnak abszolt rtke megegyezik a gp slyval (G), viszont rtke negatv, mert ebben az esetben a felhajter a gp hasa fel mutatL G(2.1-5)

Ebbln L G G G 1(2.1-6)

20

, azaz a terhels tbbes -1. Ugyan htonrepls sorn a replgp a manver burkolgrbe felrsakor kiktttekkel ellenttben nem talpon repl, de ez szintn nem veszlyezteti a replgpet szilrdsgi szempontbl. Ha kibrja az n=-1 terhelssel jr manvert - mrpedig az elrsok szerint ezt minden replgpnek ki kell brnia - , akkor magt a htonreplst is ki fogja brni. A fenti kijelents nem jelenti azt, hogy minden replgppel tnylegesen lehetne htonreplni! Ugyanis egyrszt a gp htra bortsa okozhat nagyobb ignybevtelt, mint maga a htonrepls, amire viszont mr nem kell felttlenl alkalmasnak lennie, msrszt a hajtm olaj- s zemanyagrendszere sem felttlenl alkalmas erre minden esetben. tnyoms. Nehezebb elkpzelni a manvert, de szilrdsgi szempontbl a htonreplshez nagyon hasonl terhelst jelent, ha a pilta egy tnyomst vgez n=-1 terhelsi tbbessel, azaz hirtelen elrenyomja a botkormnyt annyira, hogy a szrnyakon negatv legyen az llsszg, s a (lefele mutat) felhajter nagysga megegyezzen a replgp slyval. A manver burkolgrbe n=-1 egyenesnek pontjai legpontosabban ezzel a manverrel hozhatk ltre. (Az tnyomsnak azzal a pillanatval, amelyikben ppen vzszintes a sebessgvektor) A pilta is hasonlan fogja rezni magt, mint htonreplsben: ugyangy a biztonsgi v tartja vissza attl, hogy a kabin tetejhez prseldjn, pedig a gp nem hton repl. Termszetesen az tnyoms lehet erteljesebb is, egszen addig, mg a terhelsi tbbes el nem ri a n2 rtket. A burkolgrbe F pontja pldul egy ilyen pont. Parabola repls. A slytalansg llapotban trtn vizsglatokhoz vagy rhajsok kikpzshez szoktk alkalmazni a parabola plyn trtn replst. A manver lnyege, hogy a replgpet emelked plyra lltjk, majd a magassgi kormnnyal a nulla felhajterhz tartoz llsszget hozzk ltre, a tolervel pedig ppen a lgellenllst egyenltik ki. gy a gp plyja megegyezik egy lgres trben ferdn elhajtott test plyjra: parabola mentn emelkedik, majd hullik vissza. Ez az llapot 30-40 msodpercig tarthat fent specilisan felksztett replgpekkel. A felhajter hinybl egyrtelmen kvetkezik, hogy a terhelsi tbbes rtke nulla, azaz a manver burkolgrbn bell a vzszintes tengelyen mozog a replgp elszr balra, ahogy lassul, majd jra jobbra, ahogy a parabola sllyed gban ismt gyorsul. 21

Teht ha megvalstunk egy szerkezetet, amely a manver burkolgrbe ltal meghatrozott terhelseket elviseli, akkor azzal biztonsggal vgrehajthatk olyan manverek, melyekre kzvetlenl nem mreteztk, de a burkolgrbe hatrait nem lpi t. Erre j plda az a Boeing 707-es, amely 1955. augusztus 6n palstorst hajtott vgre az Egyeslt llamokban egy replnapon (2). A palstors vgig pozitv terhelsi tbbes manver kzepes terhelsi tbbessel. Teht nem jelent szilrdsgi problmt, ha pontosan hajtjk vgre. (Azonban replstechnikailag mgis tilos, mert pontatlan vgrehajts esetn elkerlhetetlenl fellp olyan terhels is, amelyre egy utasszlltgpet nem mreteznek.) A burkolgrbre mretezs ugyanakkor nem jelenti azt, hogy a burkolgrbe hatrt brhol tlpve azonnal krosodni is fog a szerkezet. Ennek els oka, hogy az elrsok a biztos terhelst tartalmazzk, azaz a biztonsgi tnyez miatt a szerkezet ersebb. De ha megnveljk a manver burkolgrbe rtkeit a biztonsgi tnyezvel, s ezeket az rtkeket lpjk t egy manverrel, akkor sem felttlenl krosodik a szerkezet. Elfordulhat ugyanis, hogy pldul az A pont elviselshez beptett anyag lehetv teszi magasabb sebessgek elrst is, mint a kezdetben clul kitztt VD. Tudatos tervezmunkrl tesz tanbizonysgot az a mrnk, aki kihasznlja a lehetsget s, ha ms szempontok is lehetv teszik, ilyenkor emel a VD s ezzel a VNE rtkn. Az eredmny egy optimlis replgp lesz. 2.1.3 Szllks burkolgrbe A replgpeken nem csak a manverek kvetkeztben bred jelents terhels. Sok esetben a fggleges irny szllksek okoztak szilrdsgi problmt a repls hskorban. Emiatt a jelenleg rvnyes lgialkalmassgi elrsok megkvetelnek bizonyos replsi sebessg s fggleges szllks kombincikat a mai gpekre. Az EASA CS-23 Utility kategrijban a replgpnek pldul el kell viselnie VC sebessg alatt egy 50 ft/sec fggleges szllks, valamint VD sebessgnl egy 25 ft/sec szllks ltal okozott terhelsi tbbest. (Ezek az rtkek 20.000 ft replsi magassg fltt egy megadott jelleggel cskkennek) A VC s VD sebessg kztt a terhelsi tbbes lineris vltozsval kell szmolni.

22

2.1-4. bra: Egy fggleges szllks felhajter nvel hatsa

Eddigi ismereteink alapjn a szllks hatsnak kiszmtshoz a kvetkez kzeltssel lhetnk (2.1-4. bra): a replgp egyenletesen n=1 terhelsi tbbessel repl a replsi sebessgnek megfelel llsszggel (0), majd a fggleges szllks (Ude) miatt a szrny megfvsnak irnya hirtelen megvltozik, s ez llsszg nvekedst okoz. Ennek hatsra a felhajter:L CL V 22

0

S

(2.1-7)

A terhelsi tbbes pedig:CL V 2 G2

n

L G

0

S

(2.1-8)

A zrjelet felbontva kapjuk:CL n V 2 G2

0

S

CL G

V 2

2

S

(2.1-9)

Mivel a szllks bekvetkezte eltt a felhajter s a sly nagysga egyenl volt (n=1), rhatjuk:CL n 1 G V 22

S

(2.1-10)

Kis szgekrl lvn sz, j kzeltssel:U de V(2.1-11)

23

Ezzel:CL n 1 G S

2

V

(2.1-12)

A kplet rtelmben egy fggleges szllks hatsra bekvetkez terhelsi tbbes fordtottan arnyos a felleti terhelssel (G/S), azaz minl kisebb egy adott tmeg replgp szrnya, annl kisebbet tud rajta dobni egy szllks. Viszont a replsi sebessggel egyenes arnyban nvekszik a kialakul terhelsi tbbes. Azaz turbulens idjrsban rdemes a gp sebessgt cskkenteni, nehogy a pilta akarata ellenre az idjrs tlterhelje a replgpet. A lineris kapcsolatbl kvetkezik, hogy egy adott szllks hatsra ltrejv terhelsi tbbes egy egyenessel rajzolhat be egy olyan V-n diagramba, amiben a manver burkolgrbt is brzoltuk. A 2.1-5. bra vkony vonallal tartalmazza egy +25 ft/s-os, egy +50 ft/s-os, egy -25 ft/s-os s egy -50 ft/s-os szllks ltal okozott terhelsi tbbes alakulst az utazsebessg fggvnyben.

2.1-5. bra: Szllks burkolgrbe

A lgialkalmassgi elrsok a VC s a VD pontok kztt a terhelsi tbbes lineris vltozst rjk el. Ez alapjn a vastag vonallal jelzett mdon alakul a teljes szllks burkolgrbe. A VD sebessgrl mr volt sz, a VC sebessg jelentsge most vlik rthetv. Ez az a sebessg, amely alatt a replgp egy 50 ft/s-os szllkst is kibr. Ha az idjrs turbulens, azaz elfordulhat ekkora szllks, akkor a piltnak a VC sebessg al kell cskkentenie az utazsebessget, hogy biztonsgban legyen. Ilyen veszly ritkn ll fent, ezrt 24

az esetek nagy rszben nyugodtan lehet nagyobb sebessggel is replni, mert a gp gy is kibr egy 25 ft/s-os szllkst. A VC sebessget bizonyos korltok kztt a tervez maga vlaszthatja ki zleti megfontolsok (r kontra teljestmny) alapjn. A (2.1-12) egyenlet jl mutatja a szllksek termszett, de tl nagy terhelsi tbbest eredmnyez, mivel nem vesz figyelembe sok, a terhelsi tbbes rtkt csillapt hatst. Ilyen hats pldul, hogy a szllks a termszetben nem ugrsszeren, hanem mindig egy kisebb-nagyobb felfutssal jelenik meg. Ennek az EASA (s a FAA) is tudatban van, s emiatt olvashat a lgialkalmassgi elrsokban, hogy az elrt szllksek hatsnak kiszmolsakor alkalmazni lehet a kvetkez kzeltst a szllks nagysgnak alakulsra (szllks profilra) nzve:U U de 2 1 cos 2 s(2.1-13)

, ahol Ude sC

25 C : az elrt szllks nagysga *ft/s+

: a szllksbe hatols mlysge *ft+ : a szrny kzepes geometriai hrja *ft+

2.1-6. bra: Szllks profil

25

Egy koszinuszos felfutsi profillal rendelkez szllks hatsra ltrejv terhelsi tbbes rtknek kiszmolst nem tekinti magtl rtetdnek az EASA a CS-23-ban, hanem segtsgkppen javasol egy szmtsi mdszert:CL n 1 kg G S

2 V

(2.1-14)

,ahol

a szllks csillaptsi tnyez (gust alleviation factor):0 . 88 kg 5 .3g g

a replgp tmegarnya (aeroplane mass ratio):2 G Sg

C CL

g

Ez a szmtsmd mr figyelembe veszi a szllksprofilt s a vzszintes vezrsknak a terhelsi tbbest csillapt hatst. A CS-25-ben az ajnlott szmtsi mdszer egy ennl jval sszetettebb mdszer. Elrja az instacioner lgertnyezk alkalmazst, s tbb, klnbz szllks gradiens esetn is vizsglni kell a megfelelsget. Mindkt elrs megengedi, hogy a tervez olyan mdszert alkalmazzon, amely a javasolt mdszernl pontosabb s mgis alacsonyabb terhelsi tbbest eredmnyez, de ebben az esetben elszr magt a mdszert kell elfogadtatni a hatsggal. (Ami nem felttlenl egyszer) 2.1.4 Egyestett burkolgrbe A fenti kt fejezetben kaptunk kt burkolgrbt a V-n diagramban, amiket clszer egyberajzolni. Az elrsokbl kvetkezik, hogy az egyestett burkolgrbe egyes szakaszainak rajzolsakor mindig a szigorbb felttelt kell figyelembe venni. Teht a pldaknt szerepl egyestett burkolgrbn (2.1-7. bra) alapveten a manver burkolgrbe hatrai (vkony folytonos vonal) rvnyesek, kivve az A s a D pont kztt egy szakaszon, valamint az E pont krnyezetben, ahol a szllks burkolgrbe hatrai (vkony szaggatott vonal) szigorbbak. gy kapjuk eredmnyl a vastag vonallal krbehatrolt terletet. Az alapelvnek ellentmondani ltszik a pozitv oldal kis sebessg 26

tartomnya, ahol a manver burkol grbt kveti a vastag vonal annak ellenre, hogy a szllks burkolgrbe magasabb terhelsi tbbest r el. Ez annak tudhat be, hogy - , mint trgyaltuk a msodfok grbe a CLmax alapjn szmtott maximlisan elrhet terhelsi tbbest jelli. Teht ennl nagyobb terhelsi tbbes nem tud kialakulni, mg szllks hatsra sem, mert levlik az ramls a szrny felletrl. Mivel a CLmax korltoz hatst a szllks burkolgrbe szmtsa nem veszi figyelembe, gy az egyestett burkolgrbe rajzolsnl kell ezt figyelembe venni.

2.1-7. bra: Egyestett burkolgrbe

A 2.1-7. bra A s D pontja kztti kidudorods okot ad nmi gondolkodsra. A replgpek szoksos szrnykonstrukcii nem mutatnak hajlamot bizonyos sebessgtartomnyokban a tehervisel kpessg megugrsra vagy lecskkensre, azaz ha a szrny kibrja VC sebessgnl az n1 terhelsi tbbest, akkor nem valszn, hogy VA sebessgnl csak n1-et brna. Teht minden bizonnyal nem jelent tmegnvekedst, ha a gp tervezsi terhelsi tbbest n1-re emeljk, viszont jobban mutat a replsi kziknyvben s a prospektusokban. Ennek a gondolatmenetnek megfelel burkolgrbt mutat a 2.1-8. bra.

27

2.1-8. bra: A tervezsi terhelsi tbbes emelse

Hasonl gondolatmenet alapjn szoksos megolds az is, hogy az n2 rtkt az elrtnl negatvabb rtkre vltoztatjk, ha a szrny szerkezete az n1-re mretezs kvetkeztben a negatv terhelsi tbbesek tartomnyban automatikusan tbbet fog elviselni, mint amit az elrsok megkvetelnek. A terhelsi tbbes A s D pont kztti kiugr rtkre ms vlaszt is lehet adni. Ha a replgp tervezje a gp beszerzsi rval szeretn piackpess tenni a gpt, s a VC rtke mg nem jr az engedlyezett als hatr kzelben, akkor ennek az rtkt cskkenti. Ennek eredmnyekppen a szllks burkolgrbe az n1 eredeti rtke mellett is visszabjik a manver burkolgrbe belsejbe, ahogy a 2.1-9. bra mutatja. Ennek a megoldsnak az elnye a knnyebb szerkezet, a htrnya pedig a turbulens idben tarthat kisebb sebessg, valamint szkebb terhelsi tbbes tartomny.

28

2.1-9. bra: A VC sebessg cskkentsnek hatsa

2.1.5 Fkszrny A replgp aerodinamikai jellemzi ersen megvltoznak a fkszrny kitrtsnek hatsra. Logikus kvetkeztets lenne, ha j burkolgrbket kellene rajzolni. Ez azonban a gyakorlat s az elrsok szerint is szksgtelen. A CS-23 azt rja el, hogy VF sebessgnl a replgpnek bednts nlkli szrnyak mellett el kell viselnie: n=2 tehelsi tbbest Ude=25 ft/s plyra merleges szllkst ,ahol a VF nem lehet kisebb, mint 1.4 VS vagy 1.8 VFS (amelyik nagyobb). VS az tessi sebessg csukott fkszrny esetn, a VFS pedig nyitott fkszrny esetn. Ezek enyhbb kvetelmnyek, mint csukott fkszrny esetn, ami annak tudhat be, hogy fel- vagy leszllst nem rdemes ennl rosszabb meteorolgiai krlmnyek kztt megksrelni, illetve a leszlls sorn nem szksges ennl nagyobb terhelsi tbbessel jr manver vgrehajtsa. A fkszrnynak, a mozgatmechanizmusnak s a megfogsainak a fenti terhelseken kvl el kell viselnik egy szembl rkez 25 ft/s-os szllkst a max. folyamatos teljestmny 75%-val forgatott lgcsavar ltal induklt sebessgmez hatsval egytt, valamint a max. felszllteljestmnnyel

29

forgatott lgcsavar ltal induklt sebessgmez hatst (szllks nlkl). Ezekben a terhelsi esetekben a replgp VF sebessggel halad. 2.1.6 Aszimmetrikus terhelsek Az aszimmetrikus terhelsi esetek hossztengely krli szggyorsulssal jrnak, s gy figyelembe kell venni a f tmegpontok gyorsulst s a tehetetlensgkbl fakad terhelseket is. A CS-23 alapjn a replgp szrnynak s bektsnek ki kell brnia, ha a manver burkolgrbe A pontjban az egyik szrnyon a burkolgrbnl szmtott terhelsnek csak a 75%-a bred, a msikon viszont a teljes szmtott terhels. Ezen fell a csrkormnyok kitrsnek a hatsait is ki kell brnia az n1 (tevezsi terhelsi tbbes) kt harmada mellett az albbi eseteket: VA sebessg mellett maximlisan kitrtett csrkormny hatsa VC sebessg mellett a fenti esetben ltrejv szgsebessget ltrehoz csrkormny kitrts hatst VD sebessg mellett a fenti szgsebessg 1/3-t ltrehoz csrkormny kitrts hatst

2.2 Vzszintes vezrskA lgialkalmassgi elrsok a vzszintes vezrskkal kapcsolatban ngy fle terhelsrl beszlnek. 1. Ki kell szmolni, hogy mekkora lger bred a vzszintes vezrskon a manver burkolgrbe pontjaiban, valamint a fkszrnnyal kapcsolatos esetekben. Ezeket a terhelseket egyenslyt biztost terhelseknek (balancing load) nevezik az elrsok, ami kpszer, mert knny elkpzelni, hogy a szrnyra fel kell rakni a manverburkolgrbe pontjainak megfelel terhelseket, majd a vzszintes vezrskon akkora ert kell kifejteni, hogy egyensly jjjn ltre a kereszttengely krl. Ennek ellenre a megfogalmazs flrevezet is lehet, ugyanis az n1=1 eseteket kivve termszetesen sz sem lehet eregyenslyrl. 2. Ki kell szmolni azt a lgert (felhajtert), amely a vezrskon ahhoz szksges, hogy a replgp bizonyos V sebessgek esetn adott nagysg kereszt tengely krli szggyorsulsokat hozzon ltre. Ezen fell a terhelsi tbbesek rtkei is adottak. Ilyen terhelsek 30

fggleges manverek korrekcija sorn lphetnek fel. Pldul a pilta belekezd a replgppel egy felrntsba, ennek hatsra kialakul egy kereszt tengely krli szgsebessg. Mivel a vzszintes vezrsk a slyponttl (,mint forgsponttl) tvolabb helyezkedik el, ezrt a megfvsi sebessgre merleges kerleti sebessge lesz, amely llsszg s felhajter nvekedst okoz. (Mint egy felfel irnyul szllks) Ehhez addik hozz a manver korrekcijhoz ltrehozott magassgi kormny kitrs hatsa, ami szintn felfele irnyul. Ezeken fell a vezrsk sajt tehetetlensge is ltrehoz egy slyert nmagn, melyet az elrsban meghatrozott fggleges gyorsuls rtkbl kell kiszmtani. 3. Ki kell szmolni a szllks burkolgrbe szmtsnl megadott szllks-replsi sebessg kombincik esetn a vzszintes vezrskon a szllks kzvetlen hatsaknt ltrejv felhajter nvekmnyt. Az elrsok kivtelesen javasolnak egy szmtsi mdszert. Az gy kapott ert hozz kell adni az adott sebessgnl, n1=1 esetre vonatkoz egyenslyt biztost erhz. 4. A vezrskot is kell aszimmetrikus terhelsre mretezni. Ennek alapja az elz hrom (szimmetrikus) terhelscsoport legnagyobb terhelse. Aszimmetrikus esetben ennek a terhelsnek egy adott kplettel kiszmtand hnyadt le kell vonni az egyik oldalon. Ez a terhelsi eset fleg a vezrsk befogst fogja terhelni kb. a trzs hossztengelye krli csavarsra. A ngy esetben kiszmolt lgert kell a fesztv mentn sztosztani, s ebbl a megoszlsbl szrmaz ignybevtelekre kell vgl mretezni a szerkezetet. A fesztv menti megoszls alakulsra a vezrsk esetn sem utalnak az elrsok, azt a mrnknek kell meghatroznia; kis gpek esetn szoks egyenletes megoszlssal kzelteni. Magtl rtetd, hogy ez nem fedi a valsgot, hiszen a szrnyhoz hasonlan a vezrsk is vges, gy valamilyen elliptikushoz hasonl jelleg eloszls alakul ki a valsgban. Ugyanakkor az egyenletes megoszlssal egyszerbb szmolni, a biztonsg fel tved, (nagyobb hajltnyomatkot eredmnyez). Ugynakkor a vzszintes vezrsk esetn egy pontosabb szmtsra alapozva sem lehet olyan jelents tmeget megtakartani egy kis replgpnl, hogy megrje a rfordtst.

31

2.3 Fggleges vezrskA fggleges vezrsknak (s az egsz replgpnek) ki kell brnia a kvetkez esetekben bred terhelseket: Csszsmentes replsben az oldalkormny maximlisan kitrtve 15-os csszs (oldalkormny kzpen) Maximlisan kitrtett oldalkormny, s a hatsra ltrejv 22.5-os csszs mellett. (De legalbb a maximlisan elrhet, llandsult csszsi szg 1.5-szerese) Ilyenkor a kormnykitrtsbl s a csszsbl szrmaz er egymssal ellenttes irny. A terhelsi esetek sorn a szgsebessget nullnak kell felttelezni. Commuter kategrira tovbbi felttelek olvashat a CS-23-ban, hiszen ez a kategria tmenetet jelent a nagy replgpek osztlyba.

2.4 Lgerk fesztv menti megoszlsaAmint az eddigiekbl lthat a lgialkalmassgi elrsok csak a szrnyon s a vezrskokon sszessgben fellp terhelst definiljk, s nem adnak irnymutatst arra nzve, hogyan oszlik meg a lger a felleteken. Ennek kezelse teljes mrtkben a mrnkk felelssge. Ebbl kvetkezen tbbfle mdszer ltezik mind a hrirny, mind pedig a fesztv irny megoszls szmtst illeten. A hrirny megoszls hatst analitikus szmtsok estben az aerodinamikbl ismeretes szrnynyomatki tnyez segtsgvel kezelik. A fesztvmenti megoszls ennl jval sszetettebb. A legegyszerbb replgpek esetben (ultraknny, otthonptett gpek) a konstruktrk azzal szmolnak, hogy az elrsokban definilt lgert egyenletesen osztjk el a fesztvolsg mentn. Ez a kzelts a biztonsg fel tved ugyanis nagyobb hajltnyomatkot eredmnyez, mint a valsgban fellp, szrnyvg fel cskken megoszls. Ennl egy fokkal jobban kzeltik a valsgot az 50-es vekben elterjedt Schrenk-fle mdszeren alapul szmtsok, melyek elliptikushoz kzeli megoszlst megoszlst eredmnyeznek. A korszer replgpeket termszetesen CFD (Computational Fluid Dynamics) szoftverek segtsgvel mretezik a nagy gyrtk, melyek az ramlstanban megismert Navier-Stokes egyenleteken alapulnak. Egyszerbb numerikus ramlstani szoftverek mr ingyenesen is elrhetk (AVL, XFLR5, Tornado), st az aerodinamikbl megismert hordozvonal elmlet vagy a panel mdszer segtsgvel ezek el is kszthetk. 32

Nem szabad azonban megfeledkezni arrl, hogy ezek a mdszerek egy adott llsszg s megfvsi sebessg esetre szmoljk ki a lgerk megoszlst, viszont az elrsok az sszfelhajter nagysgt rjk el pl. a manverburkolgrbvel. Teht ezeket az aerodinamikai szmtsokat ki kell egszteni egy olyan funkcival, amely megkeresi azt az llsszget, amely az adott terhelsi esetnek megfelel. gy mr a feladat akkora, hogy jelenleg egy kis vagy kzepes vllakozs ltal elrhet szmtgpes kapacits nem tud mg a megkvnt pontossggal dolgozni, de termszetesen ez csak id krdse. A lgerk fesztvmenti eloszlshoz alkalmazand mdszer kivlasztsa eltt mindenkppen egyeztetni kell a tpusalkalmassgi engedlyt kiad hatsggal is, hogy ltaluk elfogadott mdon trtnjenek a szmtsok. A lgerk fesztvmenti megoszlsnak ismeretben mr elllthatk az ignybevteli brk a statikban tanultak alapjn. Semmikppen sem szabad figyelmen kvl hagyni, hogy az ramlstanban alkalmazott koordintarendszer (megfvssal prhuzamos s megfvsra merleges tengelyek) nem egyeznek meg a szerkezeti tengelyekkel! Azaz szksg van egy az llsszgtl fgg elforgatsra is, amely minden terhels esetben eltr nagysg.

2.5 FutmA futmvekre hat terhelsek lersa a lgialkalmassgi elrsok Fldi terhelsek (Ground Loads) fejezetben tallhatk. A fejezet els rszben a definilsra kerl az a replgp tmeg, amivel az egyes terhelsi esetekben szmolni kell. Ez alapveten a maximlis felszlltmeg, s csak nhny esetben lehet kevesebb ennl.

33

2.5-1. bra: A leszlls sorn bred erk

Az elrsok kt klnbz terhelsi tbbest alkalmaznak: tehetetlensgi terhelsi tbbes (inertial load factor): a fldetrs sorn kialakul maximlis fggleges lassulst rja le. A leszlls sorn a replgp egyb rszeire vonatkoz ignybevtelek is ez alapjn hatrozhatk meg.nI L FG W(2.5-1)

, ahol L : a szrnyon a fldetrs pillanatban mg bred felhajter FG : a futmvn bred, talajra merleges er W : a replgp slya talajreakci terhelsi tbbes (ground reaction load factor): a futmveket terhel ert rja lenG nI L W FG W(2.5-2)

A fldetrs pillanatban nem szabad a gp slynak 2/3-nl tbb felhajtervel szmolni a szrnyakon. A szmtsok sorn felttelezhet, hogy ez a felhajter tmegy a slyponton.

34

A futm legtbb alkatrszre a talajfogssal kapcsolatos terhelsi esetek egyike jelenti a mrtkad ignybevtelt. A mretezsnl alkalmazott terhelsi tbbszrsknek akkornak kell lennie, amit egy felleti terhelstl fggen 7-10 ft/s (2.1-3.0 m/s) kztti fggleges sebessggel trtn leszlls okoz. De a tehetetlensgi terhelsi tbbes sem lehet kisebb nI= 2.67, s a talajreakci terhelsi tbbes sem lehet kisebb, mint nG=2.0. Ha a replgpet az lete sorn vrhatan zemeltetik olyan egyenetlen talajon, amelyen gurulskor vagy a felszlls sorn tlpi ezt az rtket, akkor az rtkeket meg kell emelni legalbb olyan szintre, ami ilyenkor fellp. A futmvek mretezsekor nem csak a talajra merleges erket kell figyelembe venni. A talajfogs pillanatban jelents, talajjal prhuzamos er (FD) jelentkezik abbl a hatsbl, hogy az addig ll kerkagyat s gumikpenyt fel kell prgetni (reduklt tmeg gyorstsa). Ennek az ernek a nagysgt korltozza a kerk s a talaj kztti srldsi tnyez, melyet 0.8-es rtkkel kell figyelembe venni a szilrdsgi szmtsokban. Azonban az er nagysga nem lehet kevesebb, mintFD 0 . 25 n G W

(2.5-3)

Abban a pillanatban, amikor a gumi s a talaj kztti sebessgklnbsg megsznik, a cssz srldsi er nagysga hirtelen lecskken a nla egy nagysgrenddel kisebb grdlsi srldsnak megfelel erre. Az eddig htrafeszl futszr ennek hatsra visszarugzik, s a kerk+gumi egyttest elre gyorstja. A kerk+gumi egyttes a neutrlis helyzeten tlendlve tehetetlensge folytn a futszrat immr elre irnyban terheli FR ervel. Amennyiben nem ll rendelkezsre pontosabb mdszer, a CS-23 D fggelkben lertak szerint lehet szmolni FD s FR rtkt. A konkrt terhelsi eseteket ler paragrafusok kln foglalkoznak az orrkerekes s a farokkerekes elrendezs replgpek leszllsval. Az elbbi elrendezs replgpekre vonatkoz esetek: Norml talajfogs: a hrom kerk egyszerre r fldet, illetve a kt ffut r elszr fldet. Farokra rkezs: a gp tessi helyzetben vagy olyan helyzetben van, ami farokra rkezst eredmnyez (amelyik kisebb hosszdlssel jr) Egy kerkre rkezs: az egyik ffut r csak talajt

35

Oldalirny talajfogs: a gp a ffutkra rkezik az oldalirny tehetetlensg tbbes nsI=0.83, az oldalirny talajreakci terhelsi tbbes nsR=0.5 a befel terhelt ffutra s nsR=0.33 a kifel terhelt ffutra. FD s FR rtke nulla. Ezekben az esetekben kell kiszmolni ignybevteleket, s kivlasztani a mrtkad ignybevtelt a futm egyes alkatrszeire. Az elrsoknak val megfelelst a futm esetben ejtstesztekkel kell bizonytani. Az ejts magassgt szintn meghatrozzk az elrsok. A leszlls kvetkez fzisa a fkezs. Az ennek sorn fellp ignybevteleket nI=1.33 s =0.8 srldsi tnyez mellett kell kiszmtani. (Az FD rtknek nem kell nagyobbnak lennie, mint a fkberendezs maximlis nyomatkbl szmolhat fker.) Az orr- s a farokfut szerkezetre tovbbi kvetelmnyek is vonatkoznak, melyek erkomponensek s kormnyzsi nyomatkok klnbz kombinciit rjk el.

2.6 HajtmbektsA hajtm bektsre hat: a voner, a hajtm ltal kifejtett nyomatk, a hajtm tehetetlensgi ereje, s a manverek sorn fellp precesszis nyomatk Az utbbi nyomatk a perdlet ttel rtelmben akkor lp fel, amikor a motor forgstengelyre merleges nyomatk lp fel. Ilyenkor a forgstengelyre s a kls nyomatk tengelyre merleges forgatnyomatk jn ltre, ahogy a 2.6-1. bra mutatja.

36

2.6-1. bra: Precesszis nyomatk bemutatsa

Teht a magassgi kormny kitrtsnek hatsra a motor a forgsirnytl fggen jobbra vagy balra prbl kifordulni a bektsbl, mg az oldalkormny belpsnek hatsra felfel vagy lefel prbl blintani. A hajtm bektsre a kvetkez terhelsi eseteket kell figyelembe venni: a hajtm felszll zemmdja sorn leadott maximlis nyomatk (a gyrt ltal a felszll zemmdra megadott nvleges rtk egy adott tnyezvel megnvelve) s a manver burkolgrbe A pontjban rvnyes terhelsi tbbes 75%-nak egyttes hatsa; a hajtm folyamatos zemmdja sorn leadott maximlis nyomatk s a manver burkolgrbe A pontjban rvnyes terhelsi tbbes egyttes hatsa; a lgcsavar indokolatlan vitorlba llsa felszll zemmdon; a lgcsavar-tengely hirtelen megszorulsa; a hajtm s a lgcsavar fordulatszmnak hirtelen emelse a hajtm max. felszll nyomatkval; n=1.33 vagy a manver burkolgrbe A pontjban rvnyes terhelsi tbbes 33%-nak megfelel oldalirny terhels tbbes (a tbbi terhelstl fggetlen); a kthajtmves replgpek egyik hajtmvnek lellsa esetn a terhelseknl figyelembe kell venni a pilta korrekcijnak a hatst is az elrt mdon; a kvetkez terhelsek tetszleges kombincija: 37

legyezs=2.5 rad/s szgsebessg, blints=1.0 rad/s szgsebessg, n=2.5 terhelsi tbbes, max. folyamatos voner

A hajtm bekts mretezse lthatan nagy feladat a terhelsi esetek nagy szma miatt. Az Aerobatic s a Commuter kategrira tovbbi kvetelmnyeket is tartalmaznak az elrsok.

2.7 TrzsA CS-23-ban a replgp trzsvel kapcsolatban csak a kabintlnyomsra vonatkoz kvetelmnyek tallhatk egy helyre sszegyjtve. Ezek elrjk, hogy a replgp szerkezetnek el kell viselnie a nyomshatrol szelep ltal meghatrozott kabintlnyoms kvetkeztben fellp ignybevteleket a levegben ltrejv terhelsekkel egytt a replgp szerkezetnek el kell viselnie a nyomshatrol szelep ltal meghatrozott kabintlnyoms kvetkeztben fellp ignybevtelek 1.33-szorost (az egyb terhelseket nem kell figyelembe venni) a nyomsklnbsg szmtsakor figyelembe kell venni a kls lgramls miatt fellp nyomsmegoszlst A tovbbi kvetelmnyeket az adott elrsban a tbbi paragrafusbl kell sszegyjteni, ami a trzs elrendezstl, szerkezettl fggen nagyon vltozatos listt eredmnyez. A teljessg ignye nlkl a trzs mells, kzps s hts rszre vrhatan a kvetkez terhelsi esetek jelenthetik a mrtkad terhelst. Trzs mells rsz Szimmetrikus (fggleges) terhelsek manver s szllks burkolgrbe (tehetetlensgi erk) lgerket el lehet hanyagolni (biztonsg fel tveds)

38

Aszimmetrikus (oldalirny) terhelsek csszva repls, legyez mozgs lgerk egy nagysgrendbe esnek a tehetetlensgi erkkel Talajtl szrmaz terhelsek (orrfut) talajfogs fkezs (jelents tmaszter a futszrnl + esetleges orrfut fkezs) aszimmetrikus fkezs Trzs htsrsz Vezrskokon bred er a vzszintes vezrskon bred er az egyestett burkolgrbe minden pontjban klnbz, tovbb a slyponttl is fgg a fggleges vezrskon bred er az elrt manverek s replsi helyzetektl fgg Trzsn bred lgerk elhanyagolhatk Szmts: a vezrskokon bred erkkel a tehetetlensgi erk tartanak egyenslyt (a trzs, mint egyenslyban lv tart mentn) Trzs kzprsz A szrny fels felletn ltrejv nyomssal egy nagysgrendbe es kls lgnyoms

3 Fmes szerkezeti anyagokEgy jelenleg rendszerben ll szlltreplgp felszlltmegnek kb. 20%-t teszi csak ki a hasznos teher, a maradk 80% krlbell fele pedig az res tmeg. Ebbl lthat, hogy az res tmeg cskkentse jelentsen javtja a gazdasgossgot. Emiatt a replsben folyamatos az igny a j jellemzkkel rendelkez, knny anyagok irnt. A replgpek klnbz elemeinek eltr szempontoknak kell megfelelnik, ezrt a gyrtsuk sorn tbbfle anyagot is felhasznlnak. (2.7-1. bra)

39

2.7-1. bra: A tervezs alatt ll Airbus A350 XWB replgpen alkalmazand anyagok

Az anyagok kivlasztsa a kvetkez jellemzk alapjn trtnik: Megengedett feszltsg. A replgpiparban alkalmazott anyagoknl a megengedett feszltsg rtke nem magtl rtetd. Meghatrozshoz az els lps az anyag jellemzinek meghatrozsa, melyrl az EASA CS-23.613 pldul elrja, hogy statisztikailag rtkelhet mintaszm alapjn kell elvgezni. A megengedett feszltsg rtkt pedig gy kell meghatrozni, hogy vltoz anyagminsg esetn is adott valsznsg s konfidencia mellett megfeleljen a mretezett alkatrsz az elrsoknak. A 2.1.1 fejezetben trgyalt marad deformci mentessgbl kvetkezik, hogy acl esetben a fenti valsznsg s konfidencia mellett meghatrozott folyshatrt lehet a megengedett feszltsgnek venni. A replsben a nagy megengedhet feszltsg csak abban az esetben jelent elnyt egy j anyag esetben, ha kellen alacsony srsggel is prosul, ugyanis a replsben megfelel szilrdsg mellett a tmeg cskkentse a fontos, nem a keresztmetszetek. Kifradsi hatr. Egy szllt replgp lettartama elrheti a 60.000 replt rt is. Ezt gazdasgosan csak gy lehet elrni, ha az alkatrszek tervezsekor a kivlasztott anyagok Whler-grbjt is figyelembe veszik. Repedsterjeds. Nagyszilrdsg anyagok esetben klnsen fontos szempont a fail-safe elv alapjn tervezett alkatrszek esetben.

40

Korrzi. A beptett anyagok korrzihajlama hatrozza meg a szksges vdelmet, amely befolysolja a szerkezeti res tmeget, valamint az ellltsi s az zemeltetsi kltsgeket. Hllsg. Az alkalmazott anyagokat az zemeltets teljes hmrsklettartomnyra kell vlasztani, (pl.: -70C - +70C) s a hterhels ciklikussgt is figyelembe kell venni. Hozzfrhetsg s gyrthatsg. Nemcsak a kivlasztott anyagnak, hanem a gyrtshoz szksges minden formjnak (tmbk, rudak, profilhzott flksztermkek, lemezek, stb.) beszerezhetnek kell lennie ahhoz, hogy gazdasgos legyen a gyrts. Erre j plda a sznszlas szvetek, melyeket egy ideig nem lehetett beszerezni a jegyzet ksztse eltt pr vvel, mert a gyrtk nem voltak felkszlve a robbansszeren nvekv keresletre. Anyagkltsg s gyrtsi erforrsigny. Egy replgp tervezsi fzisban nehezen meghatrozhat jellemz. Nagy tapasztalattal rendelkez gyrtk alumnium alap viszonyszmokkal rjk le.

3.1 AclAz acl magas folyshatrral s szaktszilrdsggal rendelkez, rgen ismert fm. Replgpek f ptsi anyagaknt trtn alkalmazsval akkor prblkoztak, mikor a gpek teljestmnynek, mretnek nvekedsvel a fban rejl szilrdsgi tartalkok elfogytak. Azonban a magas megengedett feszltsg nmagban nem jelenti azt, hogy egy anyagot rdemes alkalmazni. A magas srsgen kvl egy msik szempont az acl felhasznlsa ellen, hogy a replgpekben sok alkatrsz van nyom illetve nyr ignybevtelnek kitve, melyek esetn a stabilitsveszts (kihajls, behullmosods) ellen sokat szmt a keresztmetszet msodrend nyomatka, illetve az alkalmazott lemezek vastagsga. Az acl alkalmazsa pedig ppen a keresztmetszetek drasztikus cskkenst s ezzel a kihajlsra val hajlamot vonta maga utn. Ez utbbira j plda a Junkers J.1 replgp, amely nagyon vkony acllemezekbl kszlt, s komoly problmt jelentett a kihajlsuk megakadlyozsa (3.1-1. bra).

41

3.1-1. bra: Junkers J.1 s az alkalmazott acl tartkeresztmetszetek

A fentiek ellenre bizonyos helyeken (futm, szrnybekts, stb.) tovbbra is szksg van nagy szilrdsg s gy kis keresztmetszet igny anyagokra, melyeket tovbbra is clszer aclbl ellltani.

3.2 AlumniumA Junkers J.1 ptse kzben fellp lemez-instabilitsi problmk nagy rszt a ksbbi tpusoknl el lehetett kerlni a frissen megjelen, kisebb szaktszilrdsg, gy nagyobb tartkeresztmetszeteket eredmnyez (teht kihajls ellen biztosabb) duralumniummal, melynek alacsony srsge kompenzlta a beptett anyag trfogatnak nvekedst is. Radsul a megmunklsa is egyszerbb volt, mint az acl. Ennek ksznhet, hogy az alumniumtvzetek egszen a mai napig egyeduralkod szerepet tltttek be a replgpiparban. A jegyzet rsnak idpontjban szles krben alkalmazott tpusok szerkezete is kb. 70-80%-ban alumniumtvzetekbl llnak. A J-1 konstrukcija sorn felhalmozott tapasztalat hossz veken keresztl biztostotta Hugo Junkers szmra a sikereket az alumnium pts replgpek tern. (Junkers F13, Ju-52)

42

3.2-1. bra: Alumnium s lgyvas szaktdiagramja

Szilrdsgi szempontbl a replsben felhasznlt alumniumtvzetek legjellegzetesebb tulajdonsga, hogy nincs folyshatruk. Mivel a replsben biztos terhels esetn a megengedhet feszltsget az elrsok szerint a marad alakvltozs korltozza, ezrt az alumnium esetben a 0.2% marad deformcihoz tartoz feszltsgszintig tekintjk linerisnak s hiszterzismentesnek a szaktdiagrammot. Az alumniumnak nincs kifradsi hatra, gy az ezzel kapcsolatban ms trgyakbl megismert (statikus jelleg) mretezsi eljrsok nem alkalmazhatk, gy vgtelen lettartamra sem lehet ket mretezni. Az alumnium felletn ugyan kialakul egy vd alumnium-oxid rteg, de ez a replsben nem biztost kell korrzivdelmet, ezrt ltalban eloxlst s korrzigtl alapozfestst is alkalmaznak. Alumnium tvzetek sok eltr tvzanyaggal kszlhetnek s sokfle hkezelst kaphatnak, hogy a merevsgi, szilrdsgi, fradsi s korrzis tulajdonsgok megfelel kombincijt rjk el a szerkezet klnbz pontjain. Jellsk a kvetkez rendszer szerint pl fel:

43

pl: 2024-T3

Anyagjells 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx

F tvzanyag ipari tiszta alumnium Cu Mn Si Mg Mg+Si Zn Li

Hkezelsek Hx Ox Fx Tx hidegmegmunkls lgytott (kovcsols) kezels nlkl hkezelt

Tipikus tvzetek: 2024: rz, magnzium tvzanyagok, ltalban T3, T4 (nemests) hkezelssel. J fradsi tulajdonsgokkal s magas megengedett feszltsggel rendelkezik, gy hzsra ignybevett elemeknl alkalmazzk. (pl. szrny als borts) 2224: 8%-kal nagyobb szilrdsg, s lassabb kifrads 7075: rz, magnzium, cink tvzanyagok ltalban T6 (nemests) hkezelssel nyom s nyr ignybevtelre, vagy fradsra nem kritikus hz ignybevtelre. (pl. szrny fels panelek, trzs hosszmerevtk s keretek) T73 hkezelssel kovcsolshoz, sajtolshoz 7079: nagy vastagsg esetn jobb a 7075-nl 7150: 7075-nl nagyobb szaktszilrdsg s lassabb kifrads 7178: magnzium, cink tvzanyagok, magas nyomszilrdsg. A rteges korrzira val hajlama miatt mr 7075-T6-tal helyettestik. 8090: Ltium, rz, magnzium tvzanyagok. Knny, merev, hossz lettartam, drga. Nagy fejldst jsoltak neki, de a kompozitok komoly konkurencit jelentenek.

44

3.3 TitnA titn srsge kb. 40%-kal kisebb, mint az acl, mg szilrdsga megkzelti. Akkor alkalmazzk. ha magas az zemi hmrsklet tmeget kell cskkenteni fokozottan korrozv a krnyezet (pl. tengervz) a galvanikus korrzi veszlye ll fenn egy alumnium tvzet tl nagy keresztmetszetet eredmnyezne lettartama s korrzillsga miatt a replgp zemeltetse sorn kevs trdst ignyelnek a titnbl kszlt alkatrszek. Beptsk, javtsuk, illetve a flksz termkek feldolgozsa azonban nhny szempontbl klnleges: Feszltsgmentests hidegalakts s egyengets utn: hidegalakts sorn jelentsen esik a folyshatr s magasak a marad feszltsgek. A feszltsgmentests szinte teljesen visszalltja az eredeti tulajdonsgokat. Hegeszts: vdelem nlkli hegeszts sorn oxignt s hidrognt vesz fel. (specilis vdgzas hegesztsi eljrsok: GTAW, TIG) Hegeszts utn a hkezels ismtlse szksges Csiszols: klnleges technolgia a felleti repedsek s nagy feszltsgek megakadlyozsra a felletben rintkezs nem ghet hidraulika folyadkkal: repedsmentes vdbevonat szksges azokon a helyeken, ahol magasabb hmrskleten rintkezsbe lphet foszft-szter alap, nem ghet hidraulika folyadkkal (pl. Skydrol) Tipikus tvzetek: CP Ti (tiszta titn): a legalacsonyabb a szilrdsga. Kop lemezek, csvezetkek, szerelvnyek, rgztflek ersen korrozv krnyezetben (pl. mosdk) Ti-3Al-2.5V: nagy nyoms hidraulika vezetkek (tmegcskkents) Ti-6Al-4V: a legelterjedtebben alkalmazott ablakkeret, padlgerendk, APU tzfal, futszr 45 titn tvzet. Piltaflke

Ti-6Al-6V-2Sn: nagyobb szilrdsg, mint a Ti-6Al-4V. Futm szerelvnyek, fkszrny plya Ti-10V-2Fe-3Al: j, nagy szilrdsg tvzet kovcsolsi clra. Orrsegdszrny plya, ajtmechanizmus elemei. Ti-13V-11Cr-3Al: alacsony rugalmassgi modulusz. 70%-kal knnyebb rugk.

4 A replgpgyrtsban alkalmazott anyagok s gyrtsi eljrsok4.1 Bevezets

kompozit

4.1.1 Kompozit anyag fogalmi meghatrozsa: Kompozit anyagokon ltalban legalbb ktfle-, makroszkpikusan s funkcionlisan is elklnthet anyag (sszetev) kompozcijt, trstst rtjk, egy adott szerkezeti egysgen bell. Ez a ktfle sszetev funkci szerint az erstanyag vagy vzanyag (reinforcement) s a begyaz anyag vagy mtrix (matrix). A kompozit anyagokat a klnbz fizikai (mechanikai) jellemzkkel br anyagok elnys tulajdonsgainak kombinlsa, jobb kihasznlhatsga vgett hoztk ltre. Megjegyzs: A kompozit-szerkezetek s a szendvicsszerkezetek fogalma nem keverend ssze! A kompozit-szerkezet elnevezs anyagkombincit, mg a szendvicsszerkezet megnevezs pedig szerkezeti kialaktst jell, teht a szendvicsszerkezet nem alapveten kompozit anyag s a kompozit-szerkezet nem felttlenl szendvicsszerkezet is egyben! 4.1.2 A kompozit anyagok trtnelmi ttekintse: A termszetben is elfordulnak kompozit anyagok, melyek kzl legismertebbek: a fa, a br, a bambusznd s a csont. A klasszikus rtelemben vett, ember alkotta kompozit anyagokat mr a trtnelem eltti idkben is hasznltk seink, melyek kzl legismertebbek a vlyogtgla s a vertfal, amelyeknl a gyenge mechanikai szilrdsg agyagot a hozzkevert nvnyi eredet rostok (pl: szalma) illetve fzfavessz-fonadk hasznlatval sikerlt teherbrbb tenni. Ugyanezen elvek alapjn szletett meg vezredekkel ksbb a ma is hasznlatos vasbeton. Ezen anyagok voltak az elfutrai a mai 46

rtelemben vett kompozit anyagoknak. Az els ilyen (mg napjainkban is hasznlt) modern kompozit anyag a fenol-formaldehid gyantval kombinlt erstszvet, a textilbakelit, melynek begyaz anyaga a BAKELITE (fenolformaldehid gyanta), amely igen rideg, trkeny s gyenge mechanikai tulajdonsg manyagnak bizonyult, ezrt termszetes textilszvettel megerstve tettk alkalmass a szlesebb kr ipari felhasznlsra. A replgp-ptsben jelents mennyisgben elszr alkalmazott kompozit anyag az 1930-as vek vgn az Aero Reserach Ltd. ltal kifejlesztett GORDON AEROLITE fantzianev egyirny szalag, amelyet fenolgyantval titatott fonatlan (sodrs nlkli) lenszlakbl ksztettek. Ebbl az anyagbl gyrtottk 1940-ben a II. vilghbor egyik leghresebb vadszreplgpe: a Supermarine Spitfire trzshtsrszt (trzskereteit hosszmerevtit s trzsbortst), melyeket hagyomnyos szegecselssel erstettek ssze. (4.1-1. bra)

4.1-1. bra: Supermarine Spitfire trzsnek felptse

A kvetkez lpcsfokot a nagyszilrdsg vegszl s polisztergyanta sszehzastsval ellltott kompozitok fmjelzik, melyeket elszr egy 1943-ban az USA-ban kszlt oktat-kikpz replgp (Vultee XBT-16) trzshtsrsznek ksztsnl alkalmaztak, az ugyancsak jdonsgnak szmt mhsejt felhasznlsval alkotott szendvicsszerkezet konstrukci megalkotshoz. A fejlds tovbb folytatdott, a replgp ptsben megjelentek az epoxigyanta mtrixanyagok, melyeket elszr vegszlbl, majd szn-, illetve grafitszlakbl, aramidszlakbl, brszlakbl, kermiaszlakbl, vagy ezek kombincijbl kszlt vzanyagokkal 47

erstettek meg. Jelenleg mr jelents mennyisgben hasznlnak magasabb zemi hmrskletet elvisel poliimid- (polyimide) s biszmaleinimid (bismaleimide) alapanyag hre kemnyed mtrixgyantkat (Thermosetting resins), valamint hre lgyul polimereket (themoplastics) az erstanyagok begyazsra. Napjainkban a knny sport- s ltalnos cl replgpek s az j genercis katonai csapsmr-, illetve vadszreplgpek, helikopterek srknyszerkezetben szleskren alkalmazzk a korszer kompozitanyagokat, de mr a kzforgalm replsben is megjelent az els alapveten kompozit szerkezet tlnyomsos trzzsel, szrnyakkal s vezrskkal kszlt lgijrm a Boeing B787, melynek az ptshez felhasznlt anyagokat a 4.1-2. bra mutatja be.

4.1-2. bra: Boeing B787 ptanyagai

48

4.2 A kompozit anyagok jellemzi, kompozit-szerkezetek csoportostsa4.2.1 Kompozitok elnyei:

A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K.

Jelents slymegtakarts Anizotrpia Korrzi- s idjrs-llsg Hossz lettartam, kifradssal szembeni ellenllsg Rezgscsillapts Szerkezeti egyszersg Formai szabadsg, eszttikus kivitel Alaktarts s mrskelt htguls Alacsony felszerszmozsi kltsgek Cskkent radarhullm visszaver kpessg, alacsony szlelhetsg Alacsony zemeltetsi- s karbantartsi kltsgek

A.) Jelents slymegtakarts: A polimermtrix kompozitok alkalmazsval 2050 szzalk kztti slycskkents valsthat meg a hagyomnyos fmszerkezetekkel (alumnium-, titn- s acltvzetekbl kszltekkel) sszevetve, azonos szilrdsgi- s merevsgi paramterek mellett. Ez annak ksznhet, hogy a kompozit anyagok erstszlai igen nagy szaktszilrdsgak s nagy a rugalmassgi modulusuk, viszont a srsgk (fajslyuk) jval kisebb a fmeknl emellett anizotrp (ltalban ortotrp) szerkezetek is lehetnek. Ezt az azonos vagy jobb mechanikai paramterek melletti tmegcskkenst szemllteti a 4.2-1. tblzat, amelyben a replgpiparban legelterjedtebb erstszlak s fmtvzetek fizikai jellemzinek sszehasonltsa lthat. A tblzatban a szraz, azaz impregnlatlan erstszlak mechanikai tulajdonsgai vannak feltntetve.

49

Nagyszilrdsg sznszl (HS Carbon) Kzepes modulus sznszl (IM Carbon) Nagy modulus sznszl (HM Carbon) Ultranagy modulus sznszl (UM Carbon) Alacsony modulus Aramidszl (Aramid LM) Nagy modulus aramidszl (Aramid HM) Ultranagy modulusz aramidszl (Aramid UHM) E vegszl (E Glass) S vegszl (S Glass) Kvarcvegszl (Quartz) Alumnium-cink tvzet (7075-T6) Titntvzet (Ti6Al4V) Lgyacl Korzill acl (A5-80) Nagyszilrdsg acl (174PH)

3800 5300 3500 2000 3600

160270 270325 325440 >440 60

1,8 1,8 1,8 2,0 1,45

90150 150180 180240 >240 40

3100 3400

120 180

1,45 1,47

80 120

2400 3450 3700 572 950 450 800 1340

69 86 69 71,7 110 205 196 196

2,5 2,5 2,2 2,7 4,5 7,8 7,8 7,8

27 34 31 62 24 26 25 25

4.2-1. tblzat: Erstszlak s fmek tulajdonsgai

50

Fajlagos modulus (Rug.mod/srsg)

Anyagtpus Szaktszilrdsg [MPa]

Rugalmassgi modulus [GPa]

Jellemz srsg 3 [g/cm ]

Ezek az rtkek 4050 szzalkkal cskkennek, ha a prhuzamos szlakat mtrixba gyazzk. Azonban ha az erstszlbl elszr hagyomnyos (skbeli: 00/900 szlirny) szvetet ksztenek, s ezt gyazzk be laminl-gyantba, akkor mg tovbb felezdik a szaktszilrdsg, mivel gy a lamintban lv szlak fele terhelhet csak azonos irnyban, a msik 50 % pedig csak az erre merleges erhatsok felvtelre alkalmas. Teht izotrp anyagbl kszlt lemezek szaktszilrdsgval csak az gy kapott rtkek hasonlthatk ssze, melyek mg gy is jelentsen jobbnak szmtanak. B.) Anizotrpia: A kifejezs azt jelenti, hogy az adott struktra mechanikai tulajdonsgai skbeli- s trbeli irnyonknt eltrek, ellenttben a fmekkel, melyek a tr brmely irnyban vizsglva kzel azonos paramterekkel rendelkeznek. A replgpek tehervisel elemeinek vals terhelse azonban irnyonknt nagysgrendileg jelentsen eltr egymstl, pldul a szrnyftart fls- s als veiben elssorban csak hosszirny hz-nyom ignybevtelek brednek, ms irnyokban az elzekhez kpest jelentsen kisebbek az ignybevtelek. Mivel a tehervisel szerkezetek mretezse minden esetben a megengedett maximlis feszltsg biztonsgi tnyezvel nvelt rtknek figyelembevtelvel trtnik, ezrt a fmszerkezetek esetben, (melyek izotrp anyagok, vagyis szilrdsguk s merevsgk minden irnyban azonos) ez azt eredmnyezi, hogy az elkszlt tehervisel elem a mrtkad terhelsre tervezve az ettl eltr irnyokban fellp terhelsek 1020 szorost lenne kpes elviselni, azaz knyszerbl flslegesen tl van mretezve, ami jelents slytbbletet eredmnyez. A replsben viszont, ahol minden flsleges slynvekeds a hasznos teher, vagy a szllthat zemanyag maximlis mennyisgnek a rovsra megy, gy a megplt replszerkezet hattvolsgra s gazdasgossgra a slytbblet igen negatv hatst gyakorol. Ezen problmra jelent megoldst az anizotrp kompozit anyagok alkalmazsa, mert az erstszlak szlirnyt s az adott irnyokban szksges mennyisgt a terhels nagysgnak megfelelen pontosan meg lehet hatrozni, gy az elksztett tehervisel elem a klnbz terhelsek felvtelre optimalizlva tartalmazza az erstszlakat, amely az elz alpontban emltett jelents slycskkens egyik elidzje.

51

C.) Korrzi- s idjrs-llsg: A replgpiparban rgebben s napjainkban alkalmazott hagyomnyos knnysly anyagok: a fa, az impregnlt vszon az alumnium- s egyb knnyfmtvzetek idjrs-llsga sok kvnnivalt hagy maga utn. A magas pratartalom, a nedvessg, az es, a ss tengervz, valamint egyb lgos-, savas kmhats kzeg, az UV- s infravrs sugrzs, tovbb a termszetben elfordul bakterilis-, illetve fungicid (gombs) eredet behatsok igen rvid id leforgsa alatt jelents, a replsbiztonsgot veszlyeztet szerkezeti krosodst idzhetnek el, amennyiben a felletvdelem srlt, vagy nem megfelel. A jelenleg alkalmazott kompozit anyagok sokkal kevsb rzkenyek a fentebb lert hatsokra, ezrt sokkal kevesebb idt kell a megelz- s llagmegv ellenrzsekre karbantartsokra fordtani. Az epoxigyanta alap mtrixok ellenllnak a szlssges idjrsnak, a szerves eredet fertzseknek s a legtbb vegyi anyagnak, igazi veszlyt valjban csak a szerves festkmark s fenol szrmazkok (pldul: ktrny) jelentenek szmukra.

D.) Hossz lettartam, kifradssal szembeni ellenllsg: A szlersts epoxi kompozitok megfelel tervezs s gyrtstechnolgia esetn igen hossz (gyakorlatilag korltlan) lettartammal brnak, mert az inhomogn szerkezetknek ksznheten a cscsterhelsek vagy a hosszantart vltoz ignybevtelek hatsra nem jn ltre a fmek esetben ismert fradsos tnkremenetel, amely egy bizonyos id utn a szerkezet hirtelen s nagyarny szilrdsgvesztsvel jr. A kompozit anyagok szilrdsga nagyon kis mrtkben, de kvzi lineris temben folyamatosan cskken az id s a terhels fggvnyben a begyaz anyagban keletkez mikrorepedsek s az erstszlak elenysz hnyadnak szakadsa miatt. Ezt szemllteti a 4.2-1. bra, melyen a sznszl ersts kompozitok s a fmek (alumnium- s acltvzetek) szilrdsgnak vltozsa lthat a ciklusszm fggvnyben.

52

4.2-1. bra: Kompozitok s fmek fradsa

A Whler grbbl lthat, hogy kompozitok esetben az anyagfrads olyan kismrtk, hogy nagysgrendileg kisebb tervezsi s slyproblmkat okoz, mint a fmek esetben. E.) Rezgscsillapts: A replgpek szerkezeti elemeit zem kzben klnfle vibrcis hatsok rik, amelyek lehetnek kls- s bels eredetek. A kompozit anyagok egyik j tulajdonsga a rezgscsillapt hats, ami azt jelenti, hogy az adott anyagban egyszeri impulzussal ltrehozott lengs nhny, ersen cskken amplitdj kilengs utn megsznik, ellenttben a fmekkel (fknt az edzett nagymodulusz aclokkal- pl: rugacl), amelyek ugyanilyen behats utn jval lassabban csillapul kitrssel, sokkal tovbb rezegnek. F.) Szerkezeti egyszersg: Ez tulajdonkppen azt jelenti, hogy a hagyomnyos fmpts szerkezeti elemmel sszehasonltva, sokkal kisebb darabszm alkatrszbl, jval kevesebb ktelem felhasznlsval kszthet olyan kompozit-szerkezet, amelynek szilrdsga, merevsge, megegyezik a fmbl kszlttel, emellett mg kisebb szerkezeti sllyal s nagyobb vrhat lettartammal is rendelkezik. Ennek szemlltetsre szolgl a 4.2-2. bra, melyen egy kzforgalm replgp kezdeti fmpts, valamint egy ksbbi kompozitpts csrje hasonlthat ssze.

53

4.2-2. bra: Azonos rendeltets fm s kompozit csrkormnyok sszehasonltsa

G.) Formai szabadsg, eszttikus kivitel: A kompozit anyagok trhlsts eltti llapotban igen knnyen s jl alakthatk bonyolult trbeli formkra is, ezrt a formatervezk fantzijnak tgabb teret s nagyobb formagazdagsgot biztostanak, mint a merev- s nehezebben formlhat fmek, emellett a legyrtott munkadarabok simbbak, alakhbbek s kevesebb eszttikai utmunklatot ignyelnek. H.) Alaktarts s mrskelt htguls: A kompozit szerkezetek leggyakrabban hasznlt nemfmes erstszlai (fleg a szn- s grafitszlak) igen alacsony htgulsi egytthatval rendelkeznek, melynek kvetkeztben a legtbb replgpre jellemz -65 C0 s +100 C0 zemi hmrsklet-tartomnyon bell a hmrskletvltozs hatsra bekvetkez geometriai mretvltozs igen csekly. Ugyancsak pozitvum, hogy repls kzben, amikor a replgp kls felletei a levegvel val srlds valamint a napsugrzs kvetkeztben eltr mrtkben melegszenek fel, nem lp fel jelents torzuls az anyag belsejben keletkez hfeszltsgek miatt. I.) Alacsony felszerszmozsi kltsgek: Mivel a kompozit-szerkezetek jelents hnyadnak gyrtshoz nem szksgesek nagy szilrdsg, drga,

54

bonyolult eljrsokkal ellltott sablonok, specilis szerszmgpek s egyb klnleges eszkzk, emiatt a gyrts beindtsa kevsb tkeignyes. J.) Cskkent radarhullm visszaver kpessg, alacsony szlelhetsg: Ez a tulajdonsg a katonai cl felhasznls esetben jelent egyrtelm elnyt. Ugyan ez nem kizrlag a kompozit anyagok hasznlatnak ksznhet, hanem a lopakod-technolginak elkeresztelt szerkezeti megoldsok s a radarhullm elnyel (radarabszorbens) bevonatok egyttes alkalmazsnak. Jelen esetben nem felttlenl csak az elmlt vek hboriban elhreslt lopakod bombz- s csapsmr replgpekre kell gondolnunk, hanem a mr most is egyre szlesebb krben alkalmazott pilta nlkli repleszkzkre (UAV), melyek a kis replsi sebessgk s alacsony replsi magassguk miatt igen sebezhetk, ha sikerl ket felderteni. K.) Alacsony zemeltetsi- s karbantartsi kltsgek: mivel a kompozitok nem hajlamosak a korrzira s a kifradsra, ezrt sokkal ritkbb, kisebb mlysg ellenrzst ignyelnek, mint a fmszerkezetek, s javtsukra is fknt csak srlsek miatt kerl sor, ezltal fenntartsuk sokkal kevesebbe kerl. 4.2.2 A. B. C. D. E. F. G. H. Kompozitok htrnyai: Magas ellltsi kltsgek Alacsony tsllsg s srlsllsg (szn-, grafit-, brszl) Statikus feltltdsre val hajlam s alacsony villmcsapstr tulajdonsgok Alacsonyabb rtegkzti szilrdsg, gyenge palstnyoms llsg Bonyolultabb, krlmnyesebb, drgbb s preczebb javthatsg Nedvessgfelvtel Tlmelegeds okozta torzuls, deformci Jelents eltrsek a hz- s nyomszilrdsg kztt

A.) Magas ellltsi kltsgek: A kompozit szerkezetek gyrtshoz szksges alapanyagok relatve drgk a fm flksz-termkekhez viszonytva, emellett a gyrtstechnolgik tbb lmunka rfordtst ignyelnek, ami magas brkltsgeket eredmnyez, br az utbbi vekben elterjedt automatizlt gyrtsi eljrsok kvetkeztben a kltsgek jelentsen cskkentek.

55

B.) Alacsony tsllsg s srlsllsg: Ez a htrnyos tulajdonsg leginkbb a kevs rtegbl ll sznszl- s grafitszl-ersts kompozit szerkezetekre jellemz, melyek az tsszer terhelsek hatsra knnyen megsrlnek, s srgs javtsra szorulnak. C.) Statikus feltltdsre val hajlam s alacsony villmcsaps-tr tulajdonsgok: A polimer mtrix s elektromossgot nem vezet erstszlakbl ll kompozit anyagok a krlttk raml levegtl statikusan feltltdnek, ami komoly zavarst jelent az elektronikus avionikai rendszerek (navigcis- s rdikommunikcis berendezsek) szmra, s akr slyos mkdsi zavarokat, krosodsokat idzhet el. A statikusan feltltdtt gptest villmcsaps elidzje is lehet, ami pedig igen slyos helyi szerkezeti srlst okozhat. A szn-, grafit-, br- s egyb elektromossgot jl vezet erstszl alkalmazsakor nem jn ltre statikus feltltds, de villmcsaps esetn ezek a szerkezetek is igen slyosan krosodhatnak, fleg a mtrixanyag srlse miatt. D.) Alacsonyabb rtegkzti szilrdsg, gyenge palstnyoms llsg: A tbb egymsra helyezett erstszl rteggel kszlt kompozitok skbeli terhelsek esetn igen ersek, de a skra merleges terhelsek knnyen rtegfelvlst idzhetnek el. Ugyancsak problms a klnbz szerkezeti elemek ktelemekkel trtn sszeerstsekor a furatok fala mentn fellp palstnyoms, amit a szerkezet sokkal kevsb visel el, mint a fmbl kszltek, ezrt az anyag knnyen kiszakad a furat krnykrl, ha a panel szlhez tl kzel van, s nem megfelelen alaktjk ki. A ktelemek krzetben leggyakrabban elfordul szerkezeti srlseket szemllteti az 4.2-3. bra.

56

4.2-3. bra: Furatok krnyknek tnkremenetele

E.) Bonyolultabb, krlmnyesebb, drgbb s preczebb javthatsg: A srlt kompozit szerkezetek javtsa krltekint, pontos, szakszer mdon kell, hogy megtrtnjen, ellenkez esetben a javts nem lesz megfelel. Nagyon oda kell figyelni a srlt rsz megfelel eltvoltsra, a fellet elkszts minsgre, a hasznland javtanyagok s az eredeti szerkezet anyagai tulajdonsgainak hasonlsgra, az eredetivel megegyez szlirny javtrtegek pontos tjolsra s sorrendjre, stb. Ugyancsak fontos a javts sorn a tisztasgi-, hmrskleti- s lgnedvessgi elrsok betartsa, tovbb a gyrt ltal elrt anyagok, segdanyagok, eszkzk s javtsi mdszerek alkalmazsa. F.) Nedvessgfelvtel: A kompozit szerkezetek a leggondosabb gyrts ellenre sem lesznek teljesen tmrek, mert a viszonylag srbb mtrixgyantk a rendelkezsre ll id alatt nem tudjk kitlteni teljesen a rendelkezsre ll teret az erstszlak kztti kapillris rsekben. Ezrt mindig maradnak a lamint belsejben mikroszkpikus csatornk, regek, lgzrvnyok, melyekbe a repls alatt a rossz idjrsi krlmnyek (es; kd, harmat, vagy egyb csapadk jelenlte) s a nagyobb haladsi sebessg kvetkeztben vz prseldhet be. A vz a fagys miatt kitgulva gyengti a szerkezetet. Ez a jelensg a kevs rtegbl ll bortssal kszl szendvicsszerkezetekre jellemz.

57

G.) Tlmelegeds okozta torzuls, deformci: A kzhiedelemmel ellenttben a hre kemnyednek titullt mgyantk (thermosetting resins) merevsgi mutati is rohamosan gyenglnek az adott gyantra jellemz lgyulsi hatrhmrsklet elrse, illetve tllpse esetn. Ezt a hmrskleti kszbt a szakirodalom vegesedsi hmrskletnek nevezi, jellse: Tg, (az angol eredet glass transition temperature elnevezs alapjn). Amennyiben a kompozit szerkezetnk terhelt llapotban ezen hmrsklet fl melegszik, akkor a terhels nagysgtl fggen vagy eldeformldik, vagy teljesen tnkremegy, mert a mtrixgyanta rugalmassgi modulusa a normlrtk elenysz tredkre esik vissza, ezrt igen fontos a vrhat zemi hmrskletet elvisel mtrixanyag krltekint megvlasztsa s megfelelen magas hmrsklet trhlstsa, vagy uthkezelse. A 4.2-4. bra, az MGS L28/H287 ktkomponens epoxi-laminlgyanta rugalmassgi modulusnak vltozst mutatja be az zemi hmrsklet fggvnyben, kt klnbz idej- s hmrsklet trhlsts (uthkezels) estn.

4.2-4. bra: vegesedsi hmrsklet jelentsge

H) Jelents eltrsek a hz- s nyomszilrdsg kztt: A kompozitszerkezetek hz- s nyomszilrdsga a fmektl eltren jelentsen eltrhet, amely vegszl s a sznszlak nagyobb rsznl 15 30 % kztt van, de az extrm nagy szaktszilrdsg sznszlak esetben 50 % is lehet. Aramidszlakkal (Kevlar) erstett kompozitokban pedig a 60 %-ot is meghaladhatja, azaz a nyomszilrdsguk ennyivel gyengbb, mint a 58

hzszilrdsguk, ezrt a vltakoz irny hajltsra terhelt szerkezeteket a nyomszilrdsgi rtkkel kell mretezni. A kompozit anyagok hzszilrdsga s nyomszilrdsga kztti eltrseket szemllteti a 4.2-5. bra.

4.2-5. bra: Egyirny (UD) prepreg kompozitok sszehasonltsa hz- s nyomignybevtel hatsra

4.2.3

Kompozit-szerkezetek csoportostsa:

4.2.3.1 Tmr, monolitikus kompozit-szerkezetek: A tmr, monolitikus kompozit-szerkezetek tipikus flhjszerkezetek, melyeknl a szerkezeti merevsget a tbbrteg borts, a hosszirny merevt elemek (ftartk, hosszmerevtk) s a keresztirny merevtk (trzskeretek, bordk) egyttesen biztostjk. A monolitikus szerkezet felptst az 4.2-6. bra szemllteti.

59

4.2-6. bra: Monolitikus kompozit alkatrsz

A monolitikus kompozit-szerkezetek elnyei: cskkentett karbantartsi igny alacsonyabb gyrtsi kltsgek szendvicsszerkezethez kpest jobb srlsllsg, tsllsg nincs nedvessgfelvtelbl fakad ronglds A monolitikus kompozit-szerkezetek htrnyai: nehezebb, mint az azonos szilrdsg szendvicsszerkezet kiegszt elemek alkalmazsa szksges a hajlt-, s csavarmerevsg biztostshoz rosszabb a merevsghez viszonytott slyarnya a szendvicsszerkezethez kpest 4.2.3.2 Szendvicsszerkezetek: A szendvicsszerkezetek esetben a szerkezet merevsgt a viszonylag vkony kls- s bels bortsok s a kztk lv, hozzjuk erstett (ragasztott), leggyakrabban mhsejt vagy zrtcells hab maganyag biztostjk kiegszt merevt elemek nlkl. Ezek a szerkezetek nmagukban tiszta hjszerkezetnek tekintendk. A szendvicsszerkezet elvi felptst a 4.2-7. bra mutatja be.

60

4.2-7. bra: Szendvicsszerkezet panel felptse

A szendvicsszerkezetek elnyei: legnagyobb merevsg a legkisebb szerkezeti sly mellett magas csavar-merevsg kivl hszigetel kpessg kivl zajcsillaptsi tulajdonsgok A szendvicsszerkezetek htrnyai: nedvessgfelvtelre hajlamos, s rzkeny az ebbl fakad roncsoldsra alacsonyabb tsllsg, mint a tmr szerkezeteknl magasabb gyrtsi kltsgek

4.3 Replgp-ipari kompozit technolgia alapanyagaiAnyagok csoportostsa: Erstanyagok (vzanyagok, erstszlak) Mtrixanyagok (begyaz-anyagok) Maganyagok Ragasztk Tltanyagok (adalkanyagok) Segdanyagok

61

4.3.1 Erstanyagok: Az erstanyagok, vagy vzanyagok a kompozit anyagok egyik f alkotelemt kpezik, amelyek a szerkezet mechanikai szilrdsgt s merevsgt biztostjk. Leggyakoribb megjelensi formjuk a hossz folyamatos szl (continous filament), a vgott szl (chopped fiber), vagy tkristly (whisker), de a nanotechnolgikban cs- s korongformtumok is hasznlatosak. Sznszlak, grafitszlak (HS; IM; HM; UHM) vegszlak (E; S) Aroms poliamidszlak (Aramid, Kevlar, Nomex, Twaron stb.) Brszlak Kermiaszlak (kvarc, alumnium-oxid, alumnium-szilcium brszilcium; szilcium-karbid) svnyi alap erstszlak (bazalt) A felhasznlt erstszlak leggyakoribb megjelensi formi: - Szlktegek, Rovingok: ltalban 30100 ezer folytonos elemi szlbl ll, sodratlan (nem csavart) szlak egyttese, melyet szrazon (elimpregnlatlan formban) lltanak el s a flksz-; vagy ksztermkek ellltsa sorn impregnljk a folykony mtrixszal. Leginkbb a kisgpek ptse sorn hasznlatos. A 4.3-1. bra az veg- s sznszl rovingokat mutatja be.

4.3-1. bra: veg- s sznszl rovingok

62

- Hagyomnyos skbeli szvetek: Konvencionlis szvsi eljrssal kszlt textlik, melyeket igen nagy mennyisgben hasznlnak fel, mind szraz llapotban, mind mtrixgyantval elimpregnlva (prepreg). A szvetek ksztshez rendszerint 1000 12000 elemi szlbl ll sodrott fonalakat (yarn), vagy sodratlan szlktegeket (tow) hasznlnak, a tbb elemi szlat tartalmaz szlktegekbl (rovingokbl) kszlt szvetek replgp-ipari felhasznlsa nem jellemz. A leggyakoribb szvet tipusokat szemllteti a 4.3-2. bra.

4.3-2. bra: Leggyakoribb szvstpusok

- Egyirny szalagok (UD- vagy Unidirectional Tape): Szvs nlkl, egyms mell fektetett, egyenesre hzott szlktegekbl kszlt textlia, melyek szraz formban, keresztirnyban vkony mszlbl kszlt fonalakkal rgztve, vagy mtrixgyantval elimpregnlt llapotban (prepreg-knt) hasznlatosak. Az egyirny szalagok leggyakoribb vltozatait a 4.3-3. bra mutatja be.

63

4.3-3. bra: UD szalagok

- Kt-, illetve tbbirny textlik (Biaxial or Multiaxial Fabric): ltalban szvs nlkl, a textlia hossztengelytl eltr irnyokban egymsra helyezett egyirny szalagokbl kszlt textlik, amelyek szraz fo