Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Marcin Lep

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Kompozyt: Materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów o różnych właściwościach: zbrojenie i osnowa. W lotnictwie stosuje się głównie składniki: włókno węglowe + żywica epoksydowa http://airlineworld.files.wordpress.com http://www.boeing.com/

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Kompozyty Laminarne Przekładkowe Składające się z ze zbrojenia warstwowego) i osnowy Składające się z ze zbrojenia (warstwowego) i osnowy i rdzenia w postaci wypełniacza komórkowego lub pianki

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Kompozyty Zalety: Wady: relatywnie niska masa w stosunku do wytrzymałości Możliwość optymalnego kształtowania struktury (kierunkowość włókien) Możliwość uzyskania gładkiej powierzchni o skomplikowanej geometrii Wysoka odporność na zmęczenie (w strukturze wielokierunkowej) Podatność na mało widoczne lecz groźne uszkodzenia od uderzeń o niewielkich energiach Trudniejsza obróbka (w stosunku do metalu) Cena Niska wytrzymałość na ściskanie W przypadku uszkodzonej struktury pracującej w warunkach wysokocyklowego zmęczenia przyrost rozmiaru uszkodzenia przebiega gwałtownie do zniszczenia

Kompozyty- Możliwości wykrywania uszkodzeń PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Kompozyty- Możliwości wykrywania uszkodzeń Statecznik samolotu MiG-29 – wyniki badania ultradźwiękowego Najbardziej skuteczną i dokładną metodą stosowaną do wykrywania uszkodzeń kompozytów są badania ultradźwiękowe z zastosowaniem nowoczesnych automatycznych systemów skanujących.

Badanie Statecznika Pionowego Samolotu MiG-29 PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Badanie Statecznika Pionowego Samolotu MiG-29 Kompozyty- Możliwości wykrywania uszkodzeń Metody stosowane przez ITWL: Ultradźwięki Rezonans Impedancja akustyczna pozwalają na wykrywanie uszkodzeń kompozytów w postaci: Rozwarstwień Odklejeń Wtrąceń ciał obcych (patrz rysunek) porowatości Wynik z badania statecznika pionowego samolotu MiG-29

Przykład Badania Struktury Kompozytowej F-16 PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Przykład Badania Struktury Kompozytowej F-16 B-scan Uszkodzenie w postaci rozwarstwienia: Obszar wokół połączenia nitowego; C –scan & B-scan generują pełną informacją o położeniu uszkodzenia Kompozytowe pokrycie statecznika poziomego; C- Scan – Amplituda Sygnału

Uszkodzenia od uderzeń o niewielkich energiach PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Istotne dla kompozytów z punktu widzenia wytrzymałości Różna czułość metod badawczych ITWL przeprowadził szereg testów z wykorzystaniem szeregu metod NDT; Widoczna korelacja pomiędzy energią uderzenia a wzrostem wielkości uszkodzenia. Zastosowane nowoczesne technologie do badań: ultradźwięki, metody akustyczne, optyczne (1) Badanie D-Sight Badanie MIA (2)

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Kompozyty obecne są w większości statków powietrznych eksploatowanych przez Siły Powietrzne – szczególnie w najnowszych ITWL posiada największe w kraju doświadczenie w badaniach eksploatacyjnych struktur kompozytowych, oraz bierze udział w rozwoju dziedziny nauki poprzez badania laboratoryjne i udział w konferencjach w kraju i za granicą

Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym GLAss-REinforced Fibre Metal Laminate GLARE prepreg metal Alternatywa dla pokryć ze stopów na bazie Al. Umieszczenie kompozytu pomiędzy warstwami metalu podnosi trwałość zmęczeniową i zmniejsza masę

Korozja Wykrywanie i monitorowanie przy wykorzystaniu: galwaniczna; PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Wykrywanie i monitorowanie przy wykorzystaniu: Prądów wirowych; D-Sight; Ultradźwięki. galwaniczna; exfoliation; ukryta (pillowing); SCC; wżerowa.

Wykrywanie Korozji Metoda D-Sight PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Zastosowania: wykrywanie korozji ukrytej w elementach z połączeniami nitowymi; wykrywanie odklejeń i uszkodzeń od uderzeń o niewielkich energiach w elementach z wypełniaczem komórkowym; możliwość archiwizacji wyników; analiza i rejestracja wyników oparta o interfejs P-C. 1 2 Wykrywanie korozji ukrytej Wynik z badania fragmentu poszycia: 1 – brak korozji; 2 – korozja powodująca deformację powierzchni

Wykrywanie korozji ukrytej PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Wykrywanie korozji ukrytej Mi-8, szew nitowy, bok kadłuba 23 lata 28 lat Rozkład poziomów jasności powiązany z deformacją spowodowaną przez pillowing

Wykrywanie ubytków korozyjnych PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Wykrywanie ubytków korozyjnych Mi-14 kątownik luku bombowego: Utrudnienia poprzez powierzchniowe uszkodzenia; (1) Wynik z badania metodą ET; (2) Wynik z badania metodą UT; 1 2 1

SHM - WPROWADZENIE PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH ? SHM – Structural Health Monitoring – monitorowanie stanu technicznego – on-line i off line. Wprowadzenie do elementów konstrukcyjnych czujników rejestrujących np. propagację pęknięcia w celu wskazania konieczności wymiany lub naprawy w szczególności konstrukcyjnych elementów krytycznych. Porównanie do układu nerwowego ma przybliżyć sygnalizowanie uczucia „bólu” u człowieka.

Comparative Vacuum Monitoring- CVM PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH System do wykrywania i monitorowania pęknięć struktury – zasada działania System w stanie równowagi Równomierne podciśnienie w kanale próżniowym (czerwony) Inicjacja pęknięcia Ciśnienie w kanale próżniowym wzrasta proporcjonalnie do liczby przerwanych „ścieżek” Wzrost pęknięcie Ciśnienie w kanale próżniowym wyrównuje się z ciśnieniem otoczenia

Monitorowanie Stanu Technicznego Wirówki Przeciążeniowej PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Monitorowanie Stanu Technicznego Wirówki Przeciążeniowej Czujniki Tensometryczne Comparative Vacuum Monitoring- CVM

Monitorowanie z wykorzystaniem PZT PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Monitorowanie z wykorzystaniem PZT Generacja fal sprężystych o określonych własnościach (Rayleigha – Lamba) za pomocą czujników piezoelektrycznych PZT pozwala na monitorowanie konstrukcji lotniczych w szczególności w lokalizacjach w których dostęp do badania może nie być możliwy z wykorzystaniem konwencjonalnych metod NDT. W ITWL prowadzone są prace mające na celu m.in. monitorowanie stanu technicznego konstrukcji łopat wirników nośnych śmigłowców.

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Zaawansowane metody wytwarzania elementów gorącego traktu silników lotniczych z odlewniczych stopów żarowytrzymałych PRZYKŁAD: Odlewy łopatek o strukturze monokrystalicznej i ukierunkowanej Przekrój pionowy zamka łopatki

Nowoczesne metody spajania materiałów ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Nowoczesne metody spajania materiałów PRZYKŁAD: Friction Stir Welding (FSW) – technologia tarciowego spajania metali z mieszaniem uplastycznionego materiału spoiny a – materiał rodzimy, b – strefa wpływu ciepła, c – strefa wymieszanego materiału zgrzeiny, d – strefa uplastyczniona termo-mechanicznie materiału zgrzeiny

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Zaawansowane metody modyfikowania struktury i własności warstwy wierzchniej elementów konstrukcyjnych Nanoszenie warstw ochronnych metodą fali uderzeniowej („Wave Rider”) ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/MARCH 2009 PRZYKŁAD:

Systematyczny rozwój konstrukcyjnych materiałów kompozytowych ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Systematyczny rozwój konstrukcyjnych materiałów kompozytowych PRZYKŁAD: żarowytrzymałe kompozyty ceramiczne i szkłoceramiczne (temperatura pracy do 1700oC) Elementy konstrukcyjne silników opracowane w VIAM (Rosja)

Materiały inteligentne ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Materiały inteligentne PRZYKŁAD: Materiały samo naprawiające się Schemat katalitycznego samo naprawiania się materiału w miarę propagacji pęknięcia

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Marcin Lep Mob. +48 662 041 800 eMail MARCIN.LEP@ITWL.PL