Zakaj aluminij nosi konstrukcijo letala
Komercialno ogrodje letala je po masi še vedno pretežno iz aluminija. Razlog ni ena lastnost, ampak kombinacija: gostota približno 2,7 g na kubični centimeter, natezna trdnost nad 400 MPa pri višjih trdnostnih pogojih, dobra odpornost proti utrujenosti, če razumemo spekter obremenitev, in proizvodna osnova, ki ima za sabo desetletja izkušenj s preoblikovanjem, obdelavo in kovičenjem. Kompozitne strukture zavzemajo vse večji delež primarne strukture, vendar aluminij še naprej prevladuje na ohišju trupa, tetivah, okvirjih, rebrih in večini strukture kril, kjer so ojačene kovinske plošče učinkovite in odporne na poškodbe.
Glavne družine zlitin letalske konstrukcije
| Zlitina | Družina | Tipične temperamente | Vloga letala |
|---|---|---|---|
| 2024 | Al-Cu-Mg | T3, T351, T42 | Obloga trupa in struktura,-ki prevladuje napetost |
| 7075 | Al-Zn-Mg-Cu | T6, T73, T7351 | Lopatice, okovje, elementi visoke trdnosti |
| 7050 | Al-Zn-Mg-Cu | T7451 | Debeli deli, kjer je pomembna žilavost v globini |
| 2219 | Al-Cu-Mn | T81, T87 | Visokotemperaturne in varljive konstrukcije |
| 6061 | Al-Mg-Si | T6, T651 | Sekundarna struktura, nosilci, okovje |
Omejitve sestave in lastnosti za te stopnje so objavljene v ASTM B209 za pločevino in pločevino, pri čemer sta 2024 in 7075 običajno navedena pri najmanjših nateznih trdnostih približno 470 MPa oziroma 570 MPa v zgoraj navedenih temperaturah. Kompromis-pri vseh mizah je vedno trdnost proti žilavosti in odpornost proti koroziji: 7075 v T6 je najmočnejši v skupini, medtem ko sta T73 in T7451 s prestaranim stanjem žrtvovala nekaj trdnosti za izboljšanje odpornosti proti korozijskemu razpokanju pod obremenitvijo in za povečanje lomne žilavosti.
Temperatura, nadmorska višina in kriogeno vedenje
V pogojih križarjenja je ogrodje letala izpostavljeno nizki temperaturi in nizkemu tlaku, aluminij pa dobro prenaša oboje. Koeficient toplotnega raztezanja teh zlitin je približno 23 milijonink na stopinjo Celzija, kar je dobro opredeljeno in upoštevano pri načrtovanju sklopa in tesnila, namesto da bi bil omejevalni dejavnik. Aluminijeve zlitine ohranijo uporabno žilavost pri kriogenih temperaturah, zato se že dolgo uporabljajo za kriogene rezervoarje, toplotna prevodnost v razponu od 120 do 190 vatov na meter-kelvina pa pomaga porazdeliti toploto iz vročih con v okoliško strukturo. Teža, prihranjena v ogrodju letala, se neposredno pretvori v izgorevanje goriva, tako da ima vsak kilogram, odstranjen iz strukture, korist pri sestavljanju v življenjski dobi letala.
Motorji, zamenjava toplote in materialov
Aluminij ni visokotemperaturni material. Nad približno 120 do 150 stopinjami Celzija začne izgubljati trdnost, tališče običajnih zlitin pa je blizu 660 stopinj Celzija. V motornih inštalacijah se torej aluminij pojavlja v hladnem delu: kovane lopatice ventilatorjev, ohišja kompresorjev, ohišja menjalnikov in nosilci dodatkov, medtem ko se v vročem delu uporabljajo nikljeve in titanove zlitine. Aluminizirane toplotne odeje in odsevne folije se uporabljajo okoli gondol in pomožnih napajalnih enot za zmanjšanje sevanja toplote, ki doseže aluminijasto strukturo, toplotni ščiti pa uporabljajo odbojnost in prevodnost kovine namesto njene trdnosti.
Utrujenost, združitev in-kon-okrevanje življenja
Zasnova zaradi utrujenosti ureja večino dela na podrobnostih letala. Spekter obremenitev je definiran, koncentracije napetosti pri luknjah za pritrdilne elemente so nadzorovane s hladno obdelavo in interferenčnim prileganjem, intervali pregledov pa so nastavljeni na podlagi podatkov o rasti razpok in ne na podlagi preproste meje vzdržljivosti. Kovičenje in vijačenje ostajata prevladujoči metodi spajanja aluminijaste strukture, ker se s tem izogneta toplotno-območju, ki bi ga varjenje ustvarilo v zlitini z visoko trdnostjo,-kaljenim s staranjem. Na koncu življenjske dobe se ogrodje letala razstavi, aluminijeva frakcija pa se loči in pretali; aluminijeve zlitine ohranijo svojo legirno vrednost pri ponovnem taljenju, zato se predelana kovina letalskega ogrodja vrne nazaj v sekundarne zlitine in v nove kovane izdelke, odvisno od prakse ločevanja.
Pogosto zastavljena vprašanja
Q:Zakaj se 7075 ne uporablja za oblogo trupa?
O: 7075 je močnejši, vendar ima nižjo žilavost in slabšo odpornost proti napetostni koroziji v stanju T6, zato so obloge na splošno izdelane iz zlitin tipa 2024 z boljšo toleranco na poškodbe.
Q:Kaj spremeni temperament T73?
O: To je obdelava s prekomernim staranjem, ki se uporablja za zlitine 7xxx, ki rahlo zmanjša trdnost, vendar močno izboljša odpornost proti razpokanju zaradi napetostne korozije in poveča lomno žilavost.
Q:Ali je mogoče aluminijaste letalske okvirje reciklirati?
O: Da. Aluminij pri ponovnem taljenju ohrani vsebnost zlitin, razstavljeni letalski okvirji pa so priznan vir odpadkov visoke vrednosti, ko so premazi in mešani materiali ločeni.
Q:Ali je mogoče aluminij letalskega ogrodja variti namesto kovičiti?
O: Nekateri razredi, primerni za varjenje, kot je 2219, so spojeni z varjenjem, vendar se s staranjem-kaljene kože z visoko trdnostjo običajno zakovičijo, ker varjenje poslabša območje,-prizadeto s toploto.
Q:Zakaj aluminij tako dobro prenaša nizke temperature križarjenja?
O: Te zlitine ohranijo trdnost in žilavost pri nizkih temperaturah, njihova toplotna ekspanzija pa je dobro označena, zato je namakanje v hladnem vložek pri načrtovanju in ne omejitev materiala.
Q:Kaj omejuje aluminij pri aplikacijah motorjev?
O: Delovna temperatura. Trdnost pade nad približno 150 stopinjami Celzija, zato je aluminij omejen na hladne dele motorja in strukturo letalskega ogrodja.