اختيار المواد لجهاز الطائرات المُتدلّى، وجهاز التثبيت الأفقي والرأسي، وجهاز التدفئة، وجهاز المصعد، أحد أكثر القرارات المترتبة في الهندسة الفضائية الجوية، يجب أن تكون هذه الهياكل مُحمّلة شديدة الهوائية، ودرجة الحرارة، وسوائل النسيج، وأشعة فوق البنفسج، مع الحفاظ على قياسات ثابتة لحجم الأرض على مدى عقود من الامتحانات.

لماذا مسائل اختيار المواد لطول مدة الخدمة

(أ) إن الإنهيار (الإنزال) هو عرضة للتآكل والارتطام بشكل فريد بسبب تشكيله الهيكلي وبيئة التشغيل، خلافاً لصناديق الجناح أو أجزاء الدمج التي يمكن أن تُحمى بواسطة أسطح الأجنحة، فإن ذيلها يتعرض باستمرار لعادم المحرك، والهواء المرطّب، والبقايا الكيميائية من أجهزة الصمامات المثبتة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن وزن الإنزال له تأثير مؤثر على مركز الطائرات من الجاذبية واقتصاد الوقود، مواد الوزن الخفيف تقلل الكتلة الهيكلية التي تُخلفها، مما يسمح بموازنة أصغر وسحب أقل من ثلاثية، مما يجعل نسبة القوة إلى الوزن وكميات حرجة، ولكن لا يمكن التضحية بالزائدة من أجل وفورات الوزن، يجب أن يحافظ ذيلها على خصائصها الميكانيكية لـ20 دورة طيران أو أكثر.

المواد المشتركة وتداولها

Aluminum Alloys

وتحتاج المساحات الألومنيوم، ولا سيما 2024-T3, 7075-T6, and 6013، إلى بناء الإنهاء لمدة عقود، وتوفر الطواف 2024 مقاومة قوية وقوية للكسر، مما يجعلها مثبتة لأجهزة الجلد.

المواد المركبة

وبالإضافة إلى ذلك، فإن البوليمرات المعززة من الألياف الكربونية قد تصبح مادة مفضلة للزيارات الحديثة، بما في ذلك تركيبة البوليمر 787 والهوائيات A350، وهي تمثل أيضاً حصانة مركبتين من التآكل (لا تخضعان لدرجات الحرارة الكهروكيميائية)، ودرجة عالية من الارتفاع، ومع ذلك مقاومة الارتجاج الممتازة.

Steel Alloys

وتُستخدم المحار العالية الصلب، مثل 4340 و300 ميم، في تركيبات عالية الحمولة، وأقواس خلية، وملحقات محرقة داخل المركب، وتُحدث هذه المكونات ضغوطاً مركزة تتطلب وجود قوة متعددة الأطراف تتجاوز 800 1 ميغاواط، وتُعتبر محنة الفولاذ كتلة وقابلية للتأثر ببيئة الصمامات المطاطية، وتُعرضها لمرضية الصوديوم.

خيارات المواد الناشئة الأخرى

وتعطي المحار التيتانيوم (Ti-6Al-4V) مزيجاً جذاباً من القوة العالية والكثافة المنخفضة ومقاومة التآكل العالقة، وهي تستخدم في معدات الهبوط وملحقات الأجنحة، ولكنها ترى استخداماً محدوداً في الترميم بسبب صعوبات في التكلفة والتشبث، غير أن هياكل التيتانيوم المضغية الخفية تخضع للتقييم بالنسبة لدرجات التأثيرية العالية.

استراتيجيات تعزيز مقاومة الكوروسيون

ولا يضمن اختيار المواد وحدها وجود خلي من التآكل، ولا بد من اتباع نهج دفاعي مطبق يجمع بين العلاجات السطحية، وأجهزة التستر على الحاجز، وتصميم الهندسة، وبروتوكولات الصيانة.

التكتل الواقي والعلاج السطحي

  • Anodizing:] For aluminum, sulfuric or phosphoric acid anodizing creates a fish, porous oxide layer that can be sealed with nickel acetate or chromic acid (now largely replaced by trivalent chromium processes). This base layer provides adhesion for primer and paint while
  • Conversion Coatings and Primers:] Chromate conversion coatings were industry standard for decades but are being replaced by non-chromate formulations due to toxicity. Newer sol-gel coatings and cerium conversion processes show promise for passivating both aluminum and magnesium.
  • Paint Systems:] Two-component epoxy polyurethane topcoats offer excellent UV and chemical resistance. De-icing liquid resistance is a key requirement; solvents can soften inexpensive paints. High-solids polyurethane paints with fluoroethylene vinyl ether (FEVE)
  • Metal Cladding and Spraying:] Aluminum cladding on sheet (Alclad) acts as a sacrificial layer that corrodes preferentially, protecting the core. Thermal spray aluminum (TSA) coatings are applied to steel components for barrier and cathodic protection in corrosive cost environments effective.
  • Galvanic Isolation:] Where CFRP contacts aluminum or steel, a glass fiber ply or polyimide film (Kapton) is interposed, along with a non-conductive sealant. Anodized aluminum washers and insulating bushings are used at fastener interfaces to break galvanic c.

اعتبارات التصميم لإدارة الضبط

ويمنع التكديس المائي - وهو المحرك الرئيسي لتآكل الدواجن - مما ينطوي على ما يلي:

  • جلد مُتَنَقَفَة ومُنَطَّحة لتشجيع الصرف الصحي إلى حفرةِ رطبةِ محددةِ أو نحاساتِ.
  • إقامة مفاصل للصفوف وثقوب سريعة مع ختمات البولي سلفيد أو البوليوريثان لمنع وقوع حوادث الكبسولة.
  • استخدام المراوح المفتوحة (مثل اللافقار أو المزلاج) بدلا من أجزاء من الصندوق المغلقة التي ترطيب النسيج.
  • دمج مسارات الصرف مع الحيز الفضائي أو القنوات في صميم سطح مركب العسل من سطح مركب للتحكم من أجل السماح بالهرب من المياه.
  • تطبيق الختم عند خزف خطوط السندات و الأقرباء لمنع الركود على طول الخط الألياف

وكثيراً ما تستخدم استعراضات التصميم ديناميات السوائل الحاسوبية للتنبؤ بمسارات أفلام المياه وتحديد المناطق المنخفضة السرعة التي يمكن أن تجمع فيها المياه المكدسة، وتوفر التعميم الاستشاري لمركبات الكربون والمركبات من طراز AC 20-107B الإرشاد بشأن منع التآكل للهياكل المركبة.

بروتوكولات الصيانة والتفتيش

وحتى أفضل المواد تتطلب رصداً دقيقاً، وكثيراً ما يبدأ التآكل في المناطق المخبأة - داخل مثبتات الهالو، وفي أسفل الطرف الفلزي، وفي الحواف المشتركة المرابطة، وتشمل روتينات التفتيش غير التدميرية ما يلي:

  • (إدي) يكتشف حالياً الكوكتيل لجلد الألمنيوم
  • قياس سميكة الأشعة فوق الصوتية و تصوير C-scan للتطهير المركب والرطوبة الخفية.
  • التفتيش على الهيكل الداخلي من خلال لوحات الدخول
  • رصد قسيمة الكوروزيون (بسبب فقدان الوزن) للطائرات القديمة التي لا تكفي فيها البيانات البيئية.

وتشمل برامج مكافحة التآكل المبرمجة )مثلا كل ١٢-١٨ شهرا( تدفئة التجويفات الداخلية بمركبات مسببة للتآكل مثل MIL-PRF-81309 و ACF-50، وتمتد هذه السوائل التي تزيل المياه إلى الكريسفينات وتزيل الكهروليكات الحمضية.

معايير اختيار المواد في مراحل التصميم

وخلال دراسة تجارة التصميم، يصنف المهندسون مواد تستخدم مصفوفة مقررة تنظر في ما يلي:

  • Environmental exposure severity (specific to route: high humidity, coastal salt spray, arctic deicing).
  • طيف اللواد - الذي يهيمن عليه الزمان (أحمال الغواصات الدورية) مقابل الساكنة (المناورة) والأخيرة.
  • :: القدرة على السلوك الكهربائي والحراري لحماية الإضراب.
  • التكلفة لكل كيلوغرام وقابلية التصنيع (مثل الربط، التنظيف، التواؤم بين الدورات العلاجية).
  • الإصلاح: تُفضَّل المواد القابلة للدفع في الميدان مثل الألومنيوم على الطائرات الإقليمية؛ وتحتاج المركبات إلى أفرقة مدربة تدريبا خاصا.

وتعتمد برامج حديثة عديدة نهجاً يتعلق بأسرة المواهب: الألمنيوم لبعض الأضلاع الداخلية، وجماعة الجلود، والتيتانيوم للتجهيزات المحملة بشدة، والصلب اللاصق للزراعين، وتتطلب هذه التجمعات المتباينة الرقابة المجرية الصارمة - أي رقابة على التصميم يمكن أن تؤدي إلى تسارع التآكل.

التكنولوجيات الناشئة والاتجاهات المستقبلية

وتتقدم علوم المواد بسرعة، وتقدم نُهجا جديدة لدواميتها.

التكتلات والمجمعات الخاصة بالصحة الذاتية

ويجري حالياً دمج عوامل التئام المتناثرة في المعاطف المتعددة، وعندما يخترق الخدش المعاطف، يمزق الكبسولات، ويطلق أحادياً تُخمِّن الخرق قبل أن تصل الكهروليسات الكهرومغناطيسية إلى الغواصة المعدنية، ويجري استكشاف مفاهيم مماثلة لثباتات المصفوفة التي تُعد بها أجهزة تكسير صغيرة وراثية (DCPD)

أجهزة استشعار متطورة مركبية مجهزة بمسدسات متحركة

Structural health monitoring (SHM) can now be integrated into composite empennages. Fiber Bragg grating (FBG) sensor imbedded between plies detect strain and moisture ingress in real time. Piezoelectric sensors can actuate lambbation to detect incipient delamination or core corrosion. The[FLT]

المواد الهجينة والمتعددة الوظائف

وتبذل جهود للجمع بين مقاومة التآكل للمركبين مع القدرة الكهربائية على معالجة المعادن، كما أن حماية الإضراب عن البرق من أجل العزلة المركبة تستخدم حالياً النحاس أو الألومنيوم أو الرغوة الموسعة المرابطة بالسطح الخارجي، مما يخلق خلايا جافانية إن لم يكن معزولاً تماماً، كما أن مواد نظام " Novel LSP " ، مثل الأوعية السامية الاصطناعية أو الأفلام ذات التأثير العالي.

تصنيع مضاف للممرات العرفية المقاومة

إن دمج مسحوق اللازر يتيح اختلاق أقواس معقوفة في السبيكة المقاوم للتآكل، مثل هاستيلوي أو إنكونيل 718، التي يصعب على الآلة، بينما تُحدِّد هذه الأجزاء مقاومة أعلى من المثقفات تعادل التيتانيوم، في كثافة أقل، بينما تُزيل الأجزاء الاصطناعية العالية الارتفاع التي تُعدّل بعد التجهيز، وتُضيف إلى ذلك عوامل التخدير.

خاتمة

ولا توجد مواد " أفضل " عالمية لاختيار التركيب - على نحو مستقل - أفضل استراتيجية لبعثة أو بيئة أو ميزانية معينة، ولا تزال سبائك الألومنيوم فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتصليح، ولكنها تتطلب حماية صارمة من التآكل والتفتيش المتكرر، وتعطي المواد المركبة أولوية أكبر من حيث الوزن ومقاومة التآكل المتأصل، ولكنها تتطلب إدارة دقيقة للثبات وقوامها.