Preskušanje v vesoljski industriji
Vesoljska industrija predstavlja ključno tehnologijo velikega gospodarskega in strateškega pomena. Razvoj za avtonomno letenje in letenje brez posadke – napredna zračna mobilnost (AAM) in zračni sistemi brez posadke) – je trenutno v polnem teku sredi velikega napredka v sistemih za upravljanje in nadzor leta. V današnji novi vesoljski dobi zasebna podjetja sodelujejo z uveljavljenimi vesoljskimi organizacijami in si vneto prizadevajo za razvoj lastnih sistemov za izstrelitev raket po vsem svetu, da bi zadostila naraščajočemu povpraševanju po storitvah za izstrelitve v vesolje. S ciljem popeljati letalsko industrijo v trajnostno prihodnost se pospešuje razvoj pogonskih sistemov, ki temeljijo na trajnostnih letalskih gorivih (SAF) srednjeročno in vodiku dolgoročno. Obstoječe flote se posodabljajo in povpraševanje po vzdrževanju, popravilu in remontu letal (MRO) nenehno narašča.
S preskusnimi sistemi za preskušanje materialov pri kriogenih temperaturah od -253 °C (20K) do visokotemperaturnih preskusnih sistemov do 2000 °C pomagamo našim strankam razviti vse bolj učinkovite lahke materiale in strukture. Odkrijte naše strokovno znanje, dolgoletne izkušnje in poglobljeno razumevanje aplikacij za mehansko preskušanje kovinskih materialov, plastike, ojačane z vlakni, in sendvič kompozitov, keramičnih materialov in za preskušanje pritrdilnih elementov, ki se uporabljajo v vesoljski industrij. Stroje za statično in dinamično preskušanje materialov podjetja ZwickRoell uporabljajo naše stranke v vesoljski industriji po vsem svetu na vseh ravneh tehnološke pripravljenosti (TRL) in podpirajo rešitve preskušanja, akreditirane pri NADCAP.
Kovine Kompoziti Visoke temperature Kriogene temperature Pritrdilni elementi Merjenje trdote Projekti strank
Aluminijeve zlitine se pogosto uporabljajo v letalskih in vesoljskih strukturah zaradi svojih ugodnih lastnosti glede teže ter uveljavljenih proizvodnih procesov in računskih metod. Titanove zlitine, drug razred lahkih kovin, imajo tudi zelo ugodne lastnosti glede teže, veliko višjo odpornost proti koroziji v primerjavi z aluminijem in zelo dobre lastnosti pri visokih temperaturah. Zato se uporabljajo zlasti za mehansko zelo obremenjene komponente in za komponente motorjev. V manjšem obsegu je zlitine jekla visoke trdnosti mogoče najti v strukturnih komponentah, ki so prav tako izpostavljene enako visokim obremenitvam.
Velik napredek v aditivnih proizvodnih postopkih za kovine zdaj omogoča oblikovanje zelo zapletenih lahkih struktur, ki jih prej ni bilo mogoče realizirati z običajnimi proizvodnimi postopki. Kovinski materiali, zlasti lahke kovine in njihove zlitine, igrajo ključno vlogo pri načrtovanju in izdelavi letalskih in vesoljskih sistemov.
Pomembni preskusni standardi za kovine
Poleg statičnih preskusnih metod igrajo preskusi utrujanja kovinskih materialov pomembno vlogo pri določanju obnašanja kovinskih materialov, ki se uporabljajo v letalskih in vesoljskih strukturah, pod dejanskimi pogoji obremenitve. Z našimi sistemi preskušanja ZwickRoell pokriva vse običajne kovinske standarde. Poleg standardiziranih rešitev ponujamo različne nivoje prilagojenih prilagoditev in avtomatiziranih sistemov preskušanja kovin.
Plastika, ojačana z vlakni, in sendvič kompoziti
Zaradi svojih izjemnih mehanskih lastnosti, specifičnih za težo, so z vlakni ojačane plastike in sendvič kompoziti trdno uveljavljeni za lahke strukture, ki se uporabljajo v vesoljski tehnologiji. Zlasti laminati iz plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni (CFRP), podpirajo poenostavljeno konstrukcijo in načrtovanje letalskih in vesoljskih struktur zaradi svojih ugodnih lastnosti utrujanja. Večja odpornost proti koroziji v primerjavi z dobro uveljavljenimi kovinskimi materiali je še en razlog za uporabo plastike, ojačane z vlakni, v tej industriji. Letalska in vesoljska industrija je bila in ostaja pionir v nenehnem razvoju sistemov kompozitnih materialov, proizvodnih procesov in mehanskih preskusnih metod za karakterizacijo kompozitnih laminatov in sendvič kompozitov.
Poleg širokega nabora statičnih in dinamičnih preskusov pri sobni temperaturi se preskusi na kompozitih za letalske konstrukcije pogosto izvajajo tudi v določenem temperaturnem območju od -55 °C (-67 °F) do 121 °C (250 °F). Trenutno razvoj alternativnih in trajnostnih pogonskih konceptov, ki se je v zadnjih letih precej okrepil, ter shranjevanje tekočega vodika pri kriogenih temperaturah, ki je najugodnejša možnost za večja letala, vse bolj postavljajo v središče pozornosti statične preskuse in preskuse utrujanja pri ultra nizkih temperaturah -253 °C (20K).
Več o preskušanju kompozitov Več o kriogenih preskusnih metodah
Pomembni standardi za preskušanje kompozitov v vesoljski industriji
| Preskusna metoda | Standard | Tovarniški standardi Airbus / Boeing |
|---|---|---|
| Natezno preskušanje kompozitov |
|
|
| Tlačni preskusi kompozitov |
|
|
| Strižni preskusi v ravnini |
|
|
| Upogibni preskusi kompozitov |
| |
| Vmesna strižna trdnost ILSS |
| |
| Tlačenje po udarcu CAI |
|
|
| Odziv ležaja in trdnost sklepa |
|
|
| Interlaminarna hitrost sproščanja energije |
|
|
Za določitev visokotemperaturnega obnašanja kovinskih materialov, ki se uporabljajo v letalskih motorjih, se pretežno izvajajo natezni preskusi do 1200 °C z uporabo naprave za statično preskušanje materialov, opremljene z visokotemperaturno pečjo. Kombinacija preskusnega stroja s standardno temperaturno komoro in visokotemperaturno pečjo pokriva še širši temperaturni razpon od nizkih temperatur do 1.200 °C. Za določitev zanesljivosti in vzdržljivosti visoko obremenjenih komponent v ekstremnih pogojih so kovine pri visokih temperaturah podvržene tudi preskusom lezenja in preskusom utrujanja zaradi lezenja, da se določijo meje lezenja in karakteristike trdnosti lezenja pri različnih temperaturnih ravneh. To našim strankam pomaga razumeti obnašanje novih visokotemperaturnih zlitin, da izberejo pravi material za določeno uporabo, in zagotavlja ustrezne podatke za načrtovanje komponent, izpostavljenih visokim temperaturam.
Mehansko nosilnost kompozitov s keramično matriko (CMC) je mogoče preskusiti tudi pri izjemno visokih temperaturah do 2000 °C. Ustreznost CMC za posebne aplikacije se ocenjuje na podlagi nateznih, tlačnih, strižnih, upogibnih preskusih, lezenja in utrujanja pri lezenju. Da bi zagotovili, da so CMC preskušani v dejanskih delovnih pogojih, se lahko preskusi izvedejo v vakuumu in pogojih inertnega plina v temperaturnem območju od 650 °C do 2.000 °C.
Visokotemperaturni preskusni sistemi podjetja ZwickRoell podpirajo tudi brez kontaktno merjenje deformacij do najvišje temperature. Zato je mogoče izključiti prezgodnjo odpoved občutljivih vzorcev zaradi vdolbin iz običajnih kontaktnih merilnih sistemov. Samodejni in prilagodljiv visokotemperaturni regulator zagotavlja visoko natančno regulacijo temperature in preprečuje napake operaterja. Uporaba žrtvenih preskusnih vzorcev, ki se pogosto zahtevajo pri visokotemperaturnih preskusih, ni več potrebna.
Več o preskušanju pri visokih temperaturah Več o sistemih za visokotemperaturno preskušanje Več o strojih za preskušanje lezenja
Različna tekoča goriva, ki se uporabljajo za vesoljske izstrelitvene sisteme, je treba ohladiti na kriogene temperature. Njihov izbor je odvisen od specifičnih zahtev misije, želene zmogljivosti in tehnoloških možnosti, tudi pri proizvodnji tekočih goriv. Z desetletji izkušenj pri razvoju vesoljskih izstrelitvenih sistemov za vesoljsko industrijo so bile zbrane tudi izkušnje, ko gre za obnašanje različnih materialov pri kriogenih temperaturah. Vendar to znanje ni široko dostopno in ne obstaja za nove materialne sisteme. Poleg tega so bile prej izdelane rakete zasnovane za enkratne izstrelitve, medtem ko so nekateri trenutni sistemi zasnovani za večkratne izstrelitve in ponovno uporabo. Za prihodnje koncepte trajnostnega pogona v letalstvu je dolgoročni cilj uporaba tekočega vodikal, ki ga je treba nato shraniti na krovu pri -253 °C (20K).
Zelo dolga življenjska doba sodobnih komercialnih letal pomeni, da je poleg statičnega obnašanja materiala pri kriogenih temperaturah vedno bolj v ospredju tudi utrujanje materialov, uporabljenih za izdelavo sistemov na krovu. Prejšnje ugotovitve o obnašanju materiala pri kriogenih temperaturah iz preteklih vesoljskih potovanj je torej mogoče le v omejenem obsegu uporabiti za prihodnji razvoj na področju letalstva.
ZwickRoell ponuja rešitve statičnega in dinamičnega preskušanja za kriogene preskusne metode ki se uporabljajo pri karakterizaciji materialov kovinskih materialov ter neojačane plastike in plastike, ojačane z vlakni.. Glede na kriogene temperature, ki jih je treba doseči, lahko izbiramo med potopnimi kriostati (77 K) ali kriostati z neprekinjenim tokom (temperatura okolja do 15 K).
Poleg mehanskih lastnosti materialov, ki se uporabljajo v letalskih in vesoljskih strukturah, strukturno obnašanje v veliki meri določajo lastnosti različnih uporabljenih vijačnih in kovičnih povezav. V ta namen je treba statično trdnost in zlasti trdnost mehanskih pritrdilnih elementov, ki so vgrajeni v te konstrukcije, preskusiti z dinamičnimi preskusi—zlasti s tistimi, opredeljenimi v standardiziranih preskusnih metodah v skladu z ASTM F606 ter NASM 1312-8 in NASM 1312-13.
ZwickRoell ponuja rešitve statičnega in dinamičnega preskušanja za zanesljivo in učinkovito izvajanje teh vrst preskusov.
Za kovinske dele in komponente za vesoljske aplikacije in obrambno tehnologijo veljajo najvišje zahteve glede zanesljivosti, življenjske dobe in funkcionalne celovitosti, včasih v ekstremnih delovnih pogojih. Z načelom varne življenjske dobe, ki se uporablja v letalski in vesoljski industriji, je na primer okvara komponente, zasnovane v skladu s temi smernicami, izključena med njeno predvideno življenjsko dobo. Kovinske komponente so zato podvržene natančnemu nadzoru procesa in natančnim metodam nadzora kakovosti. V teh situacijah igra pomembno vlogo tudi merjenje trdote.
ZwickRoell ponuja stroje za merjenje trdote, ki ustrezajo vsem uveljavljenim metodam merjenja trdote in mednarodnim standardom preskušanja.
Več o metodah merjenja trdote Več o strojih za merjenje trdote
