Aerospace Testing
Авиация и космонавтика являются ключевой технологией, имеющей большое экономическое и стратегическое значение. В настоящее время полным ходом идут разработки в области автономных и беспилотных полетов - Advanced Air Mobility (AAM) и Unmanned Air Systems (UAS) – наряду с крупными достижениями в сфере управления полетами и контролирующих систем. В сегодняшнюю „новую космическую эру“ частные компании сотрудничают с известными космическими организациями и активно продвигают разработку собственных ракет-носителей по всему миру, чтобы удовлетворить растущий спрос на услуги по запуску в открытый космос. На фоне стремления авиационной промышленности к экологичному будущему в среднесрочной перспективе форсируется разработка приводных систем на основе экологически чистого авиационного топлива (SAF) и, в долгосрочной перспективе, на водороде. Существующие парки модернизируются, и потребность в техническом обслуживании авиатехники – Maintenance, Repair and Overhaul (MRO) – постоянно растет.
С помощью систем для испытаний материалов при криогенных температурах от -253°C (20K) и высокотемпературных испытательных систем до 2000°C мы даем нашим заказчикам возможность разрабатывать все более эффективные легкие материалы и конструкции. Откройте для себя нашу компетентность, многолетний опыт и глубокое понимание в области механических испытаний металлических материалов, усиленных стекловолокном пластмасс и сэндвич-композитов, керамических материалов и соединительных элементов для аэрокосмической промышленности. Статические и динамические испытательные машины фирмы ZwickRoell применяются нашими клиентами из аэрокосмической отрасли по всему миру на всех уровнях TRL и позволяют использовать испытательные решения, аккредитованный по NADCAP.
Металлы Композиты Высокая температура Криогенные температуры Соединительные элементы Определение твердости Проекты заказчиков
Алюминиевые сплавы получили широкое применение в конструкциях авиационно-космической техники благодаря хорошим удельно-массовым характеристикам, отлаженным технологиям изготовления и методам расчета. Титановые сплавы, принадлежащие к следующему классу легких металлов, также обладают очень хорошими удельно-массовыми характеристиками, гораздо лучшей, чем у алюминия, коррозионной стойкостью и превосходными высокотемпературными свойствами. Поэтому они особенно подходят для производства изделий, подвергающихся воздействию высоких механических нагрузок, и компонентов силовых установок. В незначительной степени в конструкциях, подвергаемым воздействию высоких нагрузок, также применяются высокопрочные стальные сплавы.
Значительные достижения в технологиях аддитивного производства металлов позволяют сегодня проектировать очень сложные легкие конструкции, реализация которых с помощью традиционных производственных процессов ранее была невозможной. Металлические материалы, особенно легкие металлы и их сплавы, играют, таким образом, ключевую роль при разработке и изготовлении самолетов и космических систем.
Важные стандарты для испытаний металлов
Помимо статических методов испытаний усталостные испытания металлических материалов играют выдающуюся роль в плане определения поведения используемых в аэрокосмической отрасли материалов в условиях реального нагружения. Испытательные системы фирмы ZwickRoell соответствуют всем актуальным стандартам для испытаний металлов. Наряду со стандартными решениями мы предлагаем различные ступени адаптаций по спецификации заказчиков, а также автоматизированные системы для испытаний металлов.
Усиленные волокном пластмассы и сэндвич-композиты
Благодаря своим выдающимся удельно-массовым механическим характеристикам усиленные волокном пластмассы и сэндвич-композиты для легких конструкций уверенно заняли свое место в аэрокосмической промышленности. В частности, слоистые материалы из композитов на углеродоволокнистой основе (углепластиков), обладающие выдающимися усталостными свойствами, позволяют упрощать разработку и проектирование авиационных конструкций. Более высокая коррозионная стойкость по сравнению с известными металлическими материалами является еще одной причиной для использования усиленных волокном пластмасс в этой отрасли. Аэрокосмическая отрасль была и остается пионером в плане постоянного развития композитных материалов, производственных процессов и, что не менее важно, методов механических испытаний для определения характеристик композитных слоистых материалов и сэндвич-композитов.
Помимо широкого спектра статических и динамических испытаний при комнатной температуре композиты для авиационных конструкций часто также испытывают в температурном диапазоне от -55°C (-67°F) до 121°C (250°F). В настоящее время все больше внимания уделяется статическим и усталостным испытаниям при низких температурах в -253°C (20K) в связи с интенсивной разработкой альтернативных экологичных приводных концепций и способов хранения жидкого водорода при криогенных температурах, наиболее удобных для больших самолетов.
Подробнее об испытаниях композитов Подробнее о криогенных испытаниях
Важные стандарты для испытаний композитов в аэрокосмической технике
| Метод испытания | Стандарт | Заводские стандарты Airbus / Boeing |
|---|---|---|
| Испытания композитов на растяжение |
|
|
| Испытания композитов на сжатие |
| |
| Испытания на сдвиг «In-Plane» |
|
|
| Испытания композитов на изгиб |
| |
| Междуслойная прочность при сдвиге ILSS |
| |
| Испытание Compression After Impact (CAI) |
|
|
| Стенки отверстий и прочность соединения |
|
|
| Межслойная скорость освобожд.энергии |
|
|
Для определения высокотемпературных свойств используемых в авиационных двигателях металлических материалов проводят, прежде всего, испытания на растяжение при температуре до 1200 °C на статической испытательной машине, оборудованной высокотемпературной печью. Кроме того, сочетание испытательной машины со стандартной термокамерой и высокотемпературной печью позволяет охватывать очень большой температурный диапазон: от низких температур до 1200 °C. Для определения надежности и долговечности подвергаемых воздействию высоких нагрузок изделий в экстремальных условиях металлы при высоких температурах испытывают на ползучесть / длительную прочность и усталостную ползучесть, чтобы получить, например, значения пределов ползучести и сопротивления ползучести для различных температурных уровней. Это помогает нашим заказчикам понимать свойства новых высокотемпературных сплавов, выбирать правильный материал для конкретного применения и получать подходящие данные для разработки изделий, нагружаемых при высоких температурах.
Механическую предельно допустимую нагрузку керамических композиционных материалов (ККМ) можно также определять при наивысших температурах до 2.000 °C. При этом пригодность ККМ к использованию в специфических областях оценивают с помощью испытаний на растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, ползучесть и усталостную ползучесть. Для обеспечения проведения испытаний ККМ в реальных производственных условиях эти испытания можно проводить в вакууме и среде инертного газа в температурном диапазоне от 650 °C до 2.000 °C.
Высокотемпературные испытательные системы фирмы ZwickRoell еще и позволяют осуществлять бесконтактное измерение деформации вплоть до максимальной температуры. То есть можно исключить преждевременное разрушение чувствительных образцов, вызванное повреждением поверхности щупами контактной измерительной системы. Автоматический адаптивный высокотемпературный регулятор обеспечивает высокоточное регулирование температуры и предотвращает ошибки оператора. Часто необходимые для высокотемпературных испытаний дополнительные образцы больше не нужны.
Подробнее о высокотемпературных испытаниях Подробнее о высокотемпературных испытательных системах Подробнее о машинах для испытаний на длительную прочность
В космических ракетах-носителях используют различные виды жидкого топлива, которые необходимо охлаждать до криогенных температур. Их выбор зависит от специфических требований миссии, необходимой эффективности и технологических возможностей, в том числе при создании жидкого топлива. Благодаря многолетнему опыту разработки космических ракет-носителей уже накоплены знания относительно поведения различных материалов при криогенных температурах. Однако эти знания не находятся в широком доступе и могу не подходить для новых материалов. Также надо иметь в виду, что ракеты предыдущего поколения проектировались для однократного запуска, а некоторые нынешние системы рассчитаны на многоразовое использование. Долгосрочной целью будущих концепций экологически чистых двигателей в аэрокосмической отрасли является использование жидкого водорода, который необходимо хранить на борту при температуре -253 °C (20 K).
Из-за весьма длительного срока службы современных коммерческих самолетов, помимо статического поведения материалов при криогенных температурах, в настоящее время все больше внимания уделяется усталостным свойствам материалов, используемых для изготовления бортовых систем. Таким образом, полученные ранее в результате космических путешествий знания о поведении материалов при криогенных температурах можно переносить в будущие разработки в аэрокосмической отрасли лишь в ограниченной степени.
Фирма ZwickRoell предлагает в области криогенных испытаний статические и динамические решения для определения характеристик металлических материалов, а также неармированных и усиленных волокном пластмасс. В зависимости от того, каких криогенных температур необходимо достичь, используют погружные криостаты (77 K) или проточные криостаты (от комнатной температуры до 15 K).
Подробнее об испытаниях материалов при криогенных температурах
Помимо механических свойств материалов, используемых в аэрокосмических конструкциях, поведение этих конструкций во многом определяется свойствами различных резьбовых и заклепочных соединений. Для этого необходимо определять статическую, а также усталостную прочность (с помощью динамических испытаний) используемых механических соединительных элементов, регламентированные, в частности, в стандартах ASTM F606, а также NASM 1312-8 и NASM 1312-13.
Фирма ZwickRoell предлагает статические и динамические решения для безопасного и эффективного проведения этих испытаний.
К металлическим изделиям и компонентам аэрокосмической и военной техники предъявляются самые высокие требования с точки зрения надежности, срока службы и функциональной целостности, иногда в экстремальных условиях эксплуатации. Благодаря принципу проектирования «гарантированный ресурс», используемому, например, в аэрокосмической отрасли, отказ или неисправность изделия, разработанного таким образом, исключается в течение его предполагаемого срока службы. Поэтому металлические изделия подлежат тщательному процессуальному контролю и точному контролю качества. При этом существенную роль играет также определение твердости .
Фирма ZwickRoell предлагает машины для определения твердости согласно всем актуальным методикам и международным стандартам.
Подробнее об определении твердости Подробнее о машинах для определения твердости
