Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Marcin Lep

Instytut Techniczny Wojsk LotniczychMarcin Lep

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Kompozyt: Materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów o różnych właściwościach: zbrojenie i osnowa. W lotnictwie stosuje się głównie składniki: włókno węglowe + żywica epoksydowa Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym http://airlineworld.files.wordpress.com http://www.boeing.com/

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Kompozyty Laminarne Przekładkowe Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym Składające się z ze zbrojenia warstwowego) i osnowy Składające się z ze zbrojenia (warstwowego) i osnowy i rdzenia w postaci wypełniacza komórkowego lub pianki

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Zalety: Wady: Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym • relatywnie niska masa w stosunku do wytrzymałości • Możliwość optymalnego kształtowania struktury (kierunkowość włókien) • Możliwość uzyskania gładkiej powierzchni o skomplikowanej geometrii • Wysoka odporność na zmęczenie (w strukturze wielokierunkowej) • Podatność na mało widoczne lecz groźne uszkodzenia od uderzeń o niewielkich energiach • Trudniejsza obróbka (w stosunku do metalu) • Cena • Niska wytrzymałość na ściskanie • W przypadku uszkodzonej struktury pracującej w warunkach wysokocyklowego zmęczenia przyrost rozmiaru uszkodzenia przebiega gwałtownie do zniszczenia Kompozyty

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Kompozyty- Możliwości wykrywania uszkodzeń Statecznik samolotu MiG-29 – wyniki badania ultradźwiękowego Najbardziej skuteczną i dokładną metodą stosowaną do wykrywania uszkodzeń kompozytów są badania ultradźwiękowe z zastosowaniem nowoczesnych automatycznych systemów skanujących.

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH • Metody stosowane przez ITWL: • Ultradźwięki • Rezonans • Impedancja akustyczna • pozwalają na wykrywanie uszkodzeń kompozytów w postaci: • Rozwarstwień • Odklejeń • Wtrąceń ciał obcych (patrz rysunek) • porowatości Badanie Statecznika Pionowego Samolotu MiG-29 Kompozyty- Możliwości wykrywania uszkodzeń Wynik z badania statecznika pionowego samolotu MiG-29

Przykład Badania Struktury Kompozytowej F-16 PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH B-scan Uszkodzenie w postaci rozwarstwienia: Obszar wokół połączenia nitowego; C –scan & B-scan generują pełną informacją o położeniu uszkodzenia Kompozytowe pokrycie statecznika poziomego; C- Scan – Amplituda Sygnału

Uszkodzenia od uderzeń o niewielkich energiach PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH • Istotne dla kompozytów z punktu widzenia wytrzymałości • Różna czułość metod badawczych • ITWL przeprowadził szereg testów z wykorzystaniem szeregu metod NDT; • Widoczna korelacja pomiędzy energią uderzenia a wzrostem wielkości uszkodzenia. • Zastosowane nowoczesne technologie do badań: • ultradźwięki, metody akustyczne, optyczne (1) Badanie D-Sight Badanie MIA (2)

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Kompozyty obecne są w większości statków powietrznych eksploatowanych przez Siły Powietrzne – szczególnie w najnowszych Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym ITWL posiada największe w kraju doświadczenie w badaniach eksploatacyjnych struktur kompozytowych, oraz bierze udział w rozwoju dziedziny nauki poprzez badania laboratoryjne i udział w konferencjach w kraju i za granicą

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH GLAss-REinforced Fibre Metal Laminate Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym GLARE prepreg metal Alternatywa dla pokryć ze stopów na bazie Al. Umieszczenie kompozytu pomiędzy warstwami metalu podnosi trwałość zmęczeniową i zmniejsza masę

Korozja PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Wykrywanie i monitorowanie przy wykorzystaniu: Prądów wirowych; D-Sight; Ultradźwięki. • galwaniczna; • exfoliation; • ukryta (pillowing); • SCC; • wżerowa.

2 1 Wykrywanie Korozji Metoda D-Sight PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH • Zastosowania: • wykrywanie korozji ukrytej w elementach z • połączeniami nitowymi; • wykrywanie odklejeń i uszkodzeń od • uderzeń o niewielkich energiach w • elementach z wypełniaczem komórkowym; • możliwość archiwizacji wyników; • analiza i rejestracja wyników oparta o interfejs P-C. Wykrywanie korozji ukrytej Wynik z badania fragmentu poszycia: 1 – brak korozji; 2 – korozja powodująca deformację powierzchni

Wykrywanie korozji ukrytej PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Mi-8, szew nitowy,bok kadłuba • 23 lata • 28 lat Rozkład poziomów jasności powiązany z deformacją spowodowaną przez pillowing

Wykrywanie ubytków korozyjnych PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH • Mi-14 kątownik luku bombowego: • Utrudnienia poprzez powierzchniowe uszkodzenia; • (1) Wynik z badania metodą ET; • (2) Wynik z badania metodą UT; 1 2 1

SHM - WPROWADZENIE PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH ? SHM – Structural Health Monitoring – monitorowanie stanu technicznego – on-line i off line. Wprowadzenie do elementów konstrukcyjnych czujników rejestrujących np. propagację pęknięcia w celu wskazania konieczności wymiany lub naprawy w szczególności konstrukcyjnych elementów krytycznych. Porównanie do układu nerwowego ma przybliżyć sygnalizowanie uczucia „bólu” u człowieka.

Comparative Vacuum Monitoring- CVM PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH System do wykrywania i monitorowania pęknięć struktury – zasada działania System w stanie równowagi Równomierne podciśnienie w kanale próżniowym (czerwony) Inicjacja pęknięcia Ciśnienie w kanale próżniowym wzrasta proporcjonalnie do liczby przerwanych „ścieżek” Wzrost pęknięcie Ciśnienie w kanale próżniowym wyrównuje się z ciśnieniem otoczenia

PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Monitorowanie Stanu Technicznego Wirówki Przeciążeniowej Czujniki Tensometryczne Comparative Vacuum Monitoring- CVM

Monitorowanie z wykorzystaniem PZT PRACOWNIA BADAŃ NIENISZCZĄCYCH Generacja fal sprężystych o określonych własnościach (Rayleigha – Lamba) za pomocą czujników piezoelektrycznych PZT pozwala na monitorowanie konstrukcji lotniczych w szczególności w lokalizacjach w których dostęp do badania może nie być możliwy z wykorzystaniem konwencjonalnych metod NDT. W ITWL prowadzone są prace mające na celu m.in. monitorowanie stanu technicznego konstrukcji łopat wirników nośnych śmigłowców.

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Zaawansowane metody wytwarzania elementów gorącego traktu silników lotniczych z odlewniczych stopów żarowytrzymałych PRZYKŁAD: Odlewy łopatek o strukturze monokrystalicznej i ukierunkowanej Przekrój pionowy zamka łopatki

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Nowoczesne metody spajania materiałów PRZYKŁAD: FrictionStirWelding (FSW) – technologia tarciowego spajania metali z mieszaniem uplastycznionego materiału spoiny a – materiał rodzimy, b – strefa wpływu ciepła, c – strefa wymieszanego materiału zgrzeiny, d – strefa uplastyczniona termo-mechanicznie materiału zgrzeiny

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Zaawansowane metody modyfikowania struktury i własności warstwy wierzchniej elementów konstrukcyjnych PRZYKŁAD: Nanoszenie warstw ochronnych metodą fali uderzeniowej („Wave Rider”)ADVANCED MATERIALS & PROCESSES/MARCH 2009

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Systematyczny rozwój konstrukcyjnych materiałów kompozytowych PRZYKŁAD: żarowytrzymałe kompozyty ceramiczne i szkłoceramiczne (temperatura pracy do 1700oC) Elementy konstrukcyjne silników opracowane w VIAM (Rosja)

ZAKŁAD SAMOLOTÓW I ŚMIGŁOWCÓW Pracownia Materiałoznawstwa Lotniczego Materiały inteligentne PRZYKŁAD: Materiały samo naprawiające się Schemat katalitycznego samo naprawiania się materiału w miarę propagacji pęknięcia

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Marcin Lep Mob. +48 662 041 800 eMailMARCIN.LEP@ITWL.PL

Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych Marcin Lep