Zkoušení v letectví a kosmonautice
V oblasti letectví a kosmonautiky se využívají technologie, které mají velký hospodářský i strategický význam. Vývoj autonomních a bezpilotních letů – Advanced Air Mobility (AAM) a Unmanned Air Systems (UAS) – je v současné době aktuálním tématem a zaznamenává významné pokroky v oblasti systémů řízení a kontroly letu. Žijeme v nové době kosmické, kdy soukromé společnosti spolupracují s proslulými kosmickými organizacemi a pokračují ve vývoji vlastních nosných raket po celém světě, aby uspokojily rostoucí poptávku po letech do vesmíru. Snaha o udržitelnost leteckého a kosmického průmyslu do budoucnosti urychluje ve střednědobém horizontu vývoj pohonných systémů založených na udržitelných leteckých palivech (SAF) a v dlouhodobém horizontu na vodíku. Stávající flotily jsou modernizovány a roste také potřeba údržby, oprav a generálních oprav letadel (MRO).
Naše zkušební systémy pro testování materiálů při kryogenních teplotách od -253 °C (20 K) až po vysokoteplotní zkušební systémy do 2 000 °C umožňují zákazníkům vyvíjet stále účinnější lehké materiály a konstrukce. Poznejte blíže naše know-how, dlouholeté zkušenosti a bohaté znalosti aplikací pro mechanické zkoušky kovových materiálů, plastů vyztužených vlákny, sendvičových kompozitů, keramických materiálů a spojovacích prvků pro letecké aplikace. Stroje pro statické a dynamické zkoušky ZwickRoell používají naši zákazníci z oblasti leteckého průmyslu a kosmonautiky na všech úrovních TRL po celém světě. Naše systémy podporují řešení pro zkoušky s akreditací NADCAP.
Kovy a slitiny Kompozity Vysoké teploty Kryogenní teploty Spojovací součásti Zkoušení tvrdosti Zakázkové projekty
Slitiny hliníku mají dobré hmotnostní charakteristiky, zavedené výrobní postupy i výpočetní metody. Díky tomu se v letectví a kosmonautice velmi často používají. Slitiny titanu, které tvoří další třídu lehkých kovů, mají rovněž velmi dobré hmotnostní charakteristiky, avšak mnohem lepší odolnost proti korozi než hliník a také velmi dobré vysokoteplotní vlastnosti. Najdou proto využití především pro výrobu mechanicky vysoce namáhaných součástí či součástí motorů. Menší uplatnění najdou slitiny vysokopevnostních ocelí v konstrukčních součástech, které jsou také vystaveny vysokému namáhání.
Významné pokroky v aditivní výrobě kovů nyní umožňují navrhovat velmi složité lehké konstrukce, které dříve nebylo možné realizovat konvenčními výrobními postupy. Kovové materiály, zejména lehké kovy a jejich slitiny, tak hrají klíčovou roli při navrhování a výrobě letadel a kosmických systémů.
Důležité normy pro zkoušení kovů a jejich slitin
Kromě statického zkoušení hrají důležitou roli při zkoumání chování kovů a jejich slitin používaných v leteckých konstrukcích za reálných zatěžovacích podmínek také únavové zkoušky. Zkušební systémy ZwickRoell pokrývají všechny běžné normy pro zkoušení kovů a jejich slitin. Vedle standardizovaných systémů nabízíme různá řešení zohledňující specifické požadavky a přizpůsobení zákazníkům na míru. V naší nabídce nechybí ani automatizované zkušební systémy pro tuto oblast použití.
Plasty vyztužené vlákny a sendvičové kompozity
Díky svým vynikajícím hmotnostním charakteristikám a mechanickým vlastnostem jsou plasty vyztužené vlákny a sendvičové kompozity nedílnou součástí lehkých konstrukcí používaných v letectví a kosmonautice. Zejména lamináty vyrobené z plastů vyztužených uhlíkovými vlákny (CFRP) dovolují díky svým skvělým únavovým vlastnostem zjednodušení konstrukce či designu leteckých konstrukcí. Ve srovnání s běžně používanými kovy vykazují vyšší odolnost proti korozi, což je dalším důvodem pro využití plastů vyztužených vlákny v tomto odvětví. Letectví a kosmonautika vždy byly a jsou i nadále průkopníkem ve vývoji kompozitních materiálů, výrobních postupů a v neposlední řadě i mechanických zkušebních metod pro stanovení kompozitních laminátů a sendvičových kompozitů.
Kromě mnoha různých statických a dynamických zkoušek při běžné okolní teplotě se u kompozitů v leteckých konstrukcích často provádějí také zkoušky v definovaném teplotním rozsahu od -55 °C (-67 °F) do 121 °C (250 °F). V současné době je vývoj ovlivněn alternativními a udržitelnými pohony, který v posledních letech značně zintenzivnil, a dále skladováním kapalného vodíku při kryogenních teplotách, které je pro větší letadla nejvýhodnější. Do popředí se tak stále více dostávají statické a únavové zkoušky při ultranízkých teplotách -253 °C (20 K).
Více informací o zkoušení kompozitů Více informací o kryogenních zkušebních metodách
Důležité normy v leteckém a kosmickém průmyslu pro zkoušení kompozitů
| Zkušební metoda | Norma | Podnikové normy Airbus / Boeing |
|---|---|---|
| Zkoušky tahem kompozitů |
|
|
| Zkoušky tlakem kompozitů |
|
|
| Zkouška smykem v rovině |
|
|
| Zkoušky ohybem kompozitů |
| |
| Pevnost ve smyku v interlamelárním směru ILSS |
| |
| Zkouška tlakem po rázu CAI |
|
|
| Únosnost ložiska a pevnost spojů |
|
|
| Rychlost uvolnění interlaminární energie |
|
|
Za účelem stanovení chování kovových materiálů používaných v leteckých motorech při vysokých teplotách se provádějí především tahové zkoušky do 1 200 °C na statickém zkušebním stroji vybaveném vysokoteplotní pecí. Kombinace zkušebního stroje se standardní teplotní komorou a vysokoteplotní pecí rovněž umožňuje pokrýt velmi široký teplotní rozsah od nízkých teplot až po 1 200 °C. Pro stanovení spolehlivosti a životnosti vysoce namáhaných součástí v extrémních podmínkách se u kovových materiálů provádí také krípové zkoušky, stejně jako zkoušky tečení a únavy, na základě kterých je možné určit mezní charakteristiky a pevnost při tečení za různých teplot. To pomáhá zákazníkům pochopit chování nových vysokoteplotních slitin, vybrat správný materiál pro konkrétní aplikaci a poskytuje vhodné údaje pro konstrukci součástí, které budou vystavovány vysokým teplotám.
Mechanické vlastnosti keramických kompozitních materiálů (CMC) lze testovat také při maximálních teplotách do 2 000 °C. Vhodný materiál pro konkrétní oblast použití se posuzuje na základě zkoušek tahem, tlakem, smykem, ohybem, krípem a zkouškami tečení a únavy. Aby bylo zajištěno, že jsou keramické kompozitní materiály testovány za skutečných provozních podmínek, lze zkoušky provádět ve vakuu a za podmínek inertního plynu v rozsahu teplot od 650 °C do 2 000 °C.
Vysokoteplotní zkušební systémy ZwickRoell umožňují také bezkontaktní měření deformace až do maximální teploty. Tímto způsob vylučuje předčasné porušení citlivých vzorků, které by mohl způsobit tlak při použití běžných kontaktních měřicích systémů. Automatický a adaptivní vysokoteplotní regulátor zaručuje vysoce přesnou regulaci teploty a zabraňuje chybám obsluhy. Svědečné zkušební vzorky, které jsou často vyžadovány pro vysokoteplotní zkoušky, již nejsou zapotřebí.
Více informací o vysokoteplotních zkouškách Více informací o vysokoteplotních zkušebních systémech Více informací o krípových zkušebních strojích
Pro systémy kosmických nosných raket se používají různé kapalné pohonné hmoty, které je třeba ochladit na kryogenní teplotu. Jejich výběr závisí na mnoha faktorech, jako například na konkrétních požadavcích mise, požadovaném výkonu a technologických možnostech, včetně výroby pohonných hmot. Díky desítkám let zkušeností s vývojem systémů nosných raket v leteckém a kosmickém průmyslu jsme již získaly jisté znalosti o chování různých materiálů při kryogenních teplotách. Tyto informace však nejsou běžně dostupné, a navíc pro nové materiály ještě neexistují. Rakety používané v minulosti byly navíc vyvinuty pro jednorázové starty, zatímco některé současné systémy byly již navrženy pro vícenásobné starty a opakované použití. Pro budoucí koncepce pohonu v letectví a kosmonautice s ohledem na udržitelnost je dlouhodobým cílem použití kapalného vodíku, který však musí být skladován na palubě při teplotě -253 °C (20 K).
Dnešní moderní dopravní letadla mají také velmi dlouhou životnost, a proto se v současnosti kromě statického chování materiálů při kryogenních teplotách stále více dostává do popředí únavové chování materiálů, které jsou používány pro konstrukci palubních systémů. Dosud získané poznatky o chování materiálů při kryogenních teplotách z leteckého průmyslu lze proto na budoucí vývoj v oblasti letectví přenést jen v omezené míře.
ZwickRoell nabízí statické a dynamické zkušební systémy pro kryogenní testovací metody,
které jsou určeny pro stanovení charakteristických vlastností kovových materiálů, jejich slitin a plastů vyztužených či nevyztužených vlákny. V závislosti na tom, jakých kryogenních teplot je třeba dosáhnout, lze volit mezi ponornými kryostaty (77 K) nebo kontinuálními průtokovými kryostaty (teplota okolí až 15 K).
Kromě mechanických vlastností materiálů používaných v leteckých konstrukcích je jejich chování do značné míry ovlivňováno vlastnostmi různých použitých šroubových či nýtových spojů. Za tímto účelem je zapotřebí provádět zkoušky statické pevnosti a dále dynamické zkoušky, na základě kterých můžeme stanovit únavou pevnost použitých mechanických spojovacích součástí implementovaných do těchto struktur. Tyto zkoušky jsou definovány zejména ve standardizovaných zkušebních metodách podle norem ASTM F606 a NASM 1312-8 a NASM 1312-13.
Společnost ZwickRoell nabízí statické i dynamické zkušební systémy pro spolehlivé a efektivní provádění těchto typů zkoušek.
Na kovové díly a součásti pro oblast letectví, kosmonautiky a obrany jsou kladeny nejvyšší nároky z hlediska spolehlivosti, životnosti a funkční integrity, v některých případech i v extrémních provozních podmínkách. Princip bezpečné životnosti, který se používá v leteckém průmyslu, vylučuje selhání nebo nesprávnou funkčnost navržené součásti během její zamýšlené životnosti. Kovové součásti proto podléhají přísnému sledování procesů a přesné kontrole kvality. Důležitou roli zde hraji i zkoušky tvrdosti.
ZwickRoell nabízí tvrdoměry v souladu se všemi zavedenými metodami zkoušení tvrdosti a se všemi mezinárodními zkušebními normami.
Více informací o metodách pro zkoušení tvrdosti Více informací o tvrdoměrech
