Композит-ликбез
композит----автор Книжников ВВ
Термин композитный или составной означает склеиный набор несколько типов материалов с противоположными свойствами----например в стеклопластике нити стекла работают только на растяжение называется арматурой, а отвердевший компауд на сжатие называется связующее--- обычно это органические смолы типа эпоксидка или полиэфирка! сложное плетение нитей поперек и по диагонали в стеклоткани или углеткани даёт двух мерное сопротивление на разрыв!
сендвич
В композитном сендвиче двухсторонняя прочная тонкая обшивка и поддерживающий форму легкий наполнитель из пены или сотовой пустотелой структуры создают жесткую пространственную ферму хорошо работающую на изгиб и кручение!
Типичный листовой сэндвич имеет соотношение 1/10, где один это суммарная толщина обшивки и десять--- толщина ядра!
1) применение самодельного композитного ламинита или бронирование прочной самоклеющейся плёнкой увеличивает износостойкость и прочность пенопластовой конструкции на один порядок при прибавке в весе всего на 10-15% плюс водонепроницаемость! Например ламинация прочной самоклеющей пленкой пластин из бальзы или пенопласта плотностью 20-30 кг/м3 типа потолочка для хвостового оперения или бронирование пленками пенопластовых объёмных авиамоделей!
2) позитивная технология стеклокомпозита по пенопластовому ядру для крыльев или объемных болванов очень быстра и удобна для так называемой наколенной технологий при единичном производстве демонстрационной модели прототипа!
3) матричное производство композитных корочек в формах оправдано лишь при серийном производстве-----при мелкой серии 10-100 штук матрицы выклеиваются прямо по подготовленому болвану и толщина стенок и определяет износостойкость формы, то есть достаточно 3-10 мм и вклееные усиления !
4) при средней тиражности до 1000 штук уже актуально фрезерование формы из моноблочной плиты спецпластмасс или алюминия!
форма и жесткость
Из геометрии сопромата известно, что замкнутая по контуру поверхность кривизной второго порядка самая жесткая по удержанию формы-----например пустотелая сфера для глубоководных батискафов может выдержать наружное давление до 1100 атмосфер или глубину 11км воды мариинской впадины в тихом океане!
Далее по устойчивости формы идёт цилиндрическая труба или поверхность кривизны первого порядка! Прелесть этого решения в том, что можно применять листовую технологию для создания прочных и легких объёмных конструкций ---- например фюзеляжей бпла или корпусов судов, как сложно профилированную трубу с переменной кривизной! Тонкие листы толщиной 0.3-1.5мм могут быть сделаны из жестких материалов типа стеклотекстолита, карбона, авиационной фанеры, алюминевого сплава, прочных пластмасс типа пэт и поликарбонат! Пустотелый корпус с рабочей жесткой силовой обшивкой называется монокок! Даже крыло с толстым симметричным профилем можно считать приплющенной трубой---- правда в некоторых местах необходимы местные усиления в виде шпангоутов , стрингеров и внутренних стыковачных накладок!
Так как профиль крыла или лопасти это контур поперечного сечения образованный обшивкой----то чтобы под нагрузкой не менялась форма используют монолит для лопастей или жесткую рабочую обшивку с поддержкой контура через нервюры или пеноядро----главное помнить, что нижнею поверхность вдавливает в тело профиля скоростным напором потока,а верхнею отрывает от тела зоной разряжения при положительной перегрузкой!
Жесткость профиля или устойчивость на кручение и изгиб увеличивается в квадрате от толщины при условии замкнутого контура обшивки----тоесть 12% профиль жестче 6% в четыре раза , а высота стенки лонжерона увеличивает жесткость и прочность на поперечный изгиб крыла или лопасти в корневище---- толщина полок лонжерона работает на сжатие верхней и растяжение нижней при положительной перегрузке.
виды конструкций В инженеринге есть такое понятие ---строительная плотность это соотношение массы сухой конструкции планера к объёму занимаемого пространства по габаритам (длина х размах х высота)! Строительная плотность определяеться максимальной перегрузкой и сопроматом, как следствие конструкционным материалом и технологией и поэтому для каждого класса ла есть свой оптимум , например самой низкой плотностью обладают парапланы и планирующие парашюты--- потом идут дельтопланы и схематички типа ультралайтов--- затем полноценные аэродинамически облагороженные ла
удельная стоимость строительной плотности определяет экономическую целесообразость технологии ---- например несмотря на кажищуюся дешевизну наборных каркасных конструкции из деревянных или металлических профилей трудоёмкость получается очень долгой и дорогой так как много высокоточных деталей и соединений в целом--- так консоль крыла или оперения по позитивной технологии,то есть пеноядро и ламинат, имеет всего шесть оригинальных деталей против классической наборной в тридцать деталей, так же фюзель типа монокок с хвостовой балкой имеет всего тринадцать деталей---каркасная ферма около пятидесяти!
Выбор первичной технологии для демонстратора обычно определяется габаритами модели и назначением----сейчас для бпла до 1 метра можно вовсю использовать 3д печать для создания пространственных ферм!
1) классическая деревянная наборная каркасная конструкция из шпангоутов и стрингеров с зашивкой шпоном или авиационной фанерой -----в авиации чаще используется липа, бальза, сосна ----в судо осина, береза----в авто ель, бук, дуб!
2) быстрая композитная технология по позитиву удобна для крыльев и килей----тоесть профилированное пенопластовое ядро обшитое шпоном с самоклеющейся плёнкой или тонким самодельным стеклоламинатом с угольными усилениями из ровинга на эпоксидных смолах!
3) пустотелые корпуса типа монокок с жесткой силовой обшивкой----уже ставшая классической бутылочная технология из 1-3 литровых пэт бутылок или стеклопластиковые корочки выклееные по деревянному, пластелиновому или пенопластовому болвану!
4) для кузовов и фюзеляжей быстрая листовая технология по выкройкам из тонкого электрокартона, промышленного стеклотекстолита или пэт пластин толщиной 0,5-1 мм!
5) матричное производство композитов начинает оправдываться только при серии более 10 штук!
