I. المواد السطحية
تحتوي معظم هياكل أقراص العسل المستخدمة في بناء الطائرات على مواد سطحية من الألومنيوم أو الألياف الزجاجية أو الكيفلار® أو ألياف الكربون. لا يمكن استخدام الألواح السطحية المصنوعة من ألياف الكربون مع المواد الأساسية المصنوعة من الألومنيوم على شكل قرص العسل لأنها تسبب تآكل الألومنيوم. يتم استخدام التيتانيوم والصلب للتطبيقات المتخصصة في الهياكل ذات درجات الحرارة العالية. تكون المواد المواجهة للعديد من المكونات، مثل المفسدات وأجهزة التحكم في الطيران، رفيعة جدًا، حيث يصل سمكها في بعض الأحيان إلى 3 إلى 4 فقط (أي مم). أظهرت التقارير البارامترية أن هذه الألواح المواجهة لا تتمتع بمقاومة جيدة للصدمات.
Ⅱ. المواد الأساسية
2.1 نواة قرص العسل
يمكن أن تحتوي كل مادة أساسية على شكل قرص العسل على خصائص جيدة معينة. كما هو موضح في الشكل 19، فإن المادة الأساسية الأكثر شيوعًا المستخدمة في هياكل أقراص العسل للطائرات هي ورق الأراميد (Nomex® أو Korex®). وتستخدم الألياف الزجاجية لتطبيقات قوة أعلى.
الشكل 19: المواد الأساسية لقرص العسل
-ورق الكرافت - قوته منخفضة نسبيًا، ويستخدم بكميات كبيرة لخصائصه العازلة الجيدة والتكلفة المنخفضة.
-اللدائن الحرارية - كتلتها الحرارية تعزل بشكل جيد، وتمتص جيدًا أو يمكن إعادة ضبطها من أجل الاتجاه والرطوبة والمقاومة الكيميائية. إنها متوافقة بيئيًا وممتعة من الناحية الجمالية ومنخفضة التكلفة نسبيًا.
الألومنيوم - القوة المثالية، والوزن العالي-إلى-نسبة الوزن وامتصاص الطاقة، وخصائص نقل الحرارة الجيدة، وخصائص التدريع الكهرومغناطيسي، والمعالجة السهلة، والتكلفة المنخفضة نسبيًا.
-الفولاذ-خصائص جيدة في نقل الحرارة، وخصائص التدريع الكهرومغناطيسي، ومقاومة الحرارة.
-المعادن المتخصصة (التيتانيوم)-ذات قوة عالية نسبيًا، ونسبة وزن، وأداء جيد في نقل الحرارة، ومقاومة كيميائية، ومقاومة للحرارة لدرجات الحرارة المرتفعة.
-ورق الأراميد- يتميز بمقاومته للحريق، ومثبطات اللهب، وخصائص العزل الجيدة، وخصائص العزل الكهربائي المنخفضة، والقولبة السهلة.
-الألياف الزجاجية- تتميز بسهولة القص، وعزل كهربائي منخفض، وعزل جيد، وسهولة التشكيل.
-ألياف الكربون-تحافظ على ثبات الكربون، ودرجة الحرارة العالية، والصلابة العالية، ومعامل التمدد الحراري المنخفض جدًا، ومن السهل التحكم في التوصيل الحراري، ومعامل القص مرتفع نسبيًا، ولكنه مكلف.
-السيراميك - مقاومته للحرارة العالية جيدة، وعازل جيد، وله بنية خلايا صغيرة جدًا، ولكنه مكلف.
عادةً ما تكون قلوب قرص العسل المستخدمة في تطبيقات الفضاء سداسية الشكل. هذه النوى مصنوعة من صفائح رقيقة مكدسة ومترابطة بشكل خاص. يتم تمديد الأوراق المكدسة في شكل سداسي. ويشار إلى تلك التي تمتد في الاتجاه الأفقي باسم اتجاه الشريط.
يحتوي القلب السداسي ثنائي التفرع على طبقة أخرى من المادة -مقطعة في كل شكل سداسي. قرص العسل مزدوج اللون أصعب وأقوى من النواة السداسية. يتم تصنيع قلب ممتد بشكل مفرط عن طريق توسيع الورقة لإنشاء أشكال سداسية. النوى المتمددة لها نواة مستطيلة. تتميز النوى الممتدة فوق طاقتها بالمرونة المتعامدة مع اتجاه النطاق، باستخدام منحنيات بسيطة. يحتوي اللب على شكل جرس-، أو اللب المنحني، على مادة أساسية منحنية تجعله مرنًا في جميع الاتجاهات. يتم استخدام قلوب النواة ذات الشكل الجرسي في اتجاه الألواح ذات المنحنيات المعقدة.
نوى قرص العسل متوفرة بأحجام أساسية مختلفة. توفر الأحجام الأصغر قوة أفضل لقوة لوحة الساندويتش. تأتي نوى قرص العسل أيضًا بكثافات مختلفة. تكون نوى قرص العسل ذات الكثافة العالية أكثر صلابة وأقوى من النوى ذات الكثافة المنخفضة. كما هو مبين في الشكل 20.
الشكل 20: قلب قرص العسل
2.2 الرغوة
يتم استخدام قلب الرغوة في البناء السكني والطائرات الخفيفة لتوفير الدعم والشكل لأطراف الأجنحة وأجهزة التحكم في الطيران وأجزاء جسم الطائرة والأجنحة وأضلاع الجناح. لا يتم استخدام قلب الرغوة بشكل شائع في الطائرات التجارية. عادة ما تكون الرغوة أثقل وأقل قوة من نوى قرص العسل. تشمل الرغاوي المختلفة التي يمكن استخدامها كمواد أساسية ما يلي:
-البوليسترين (المعروف أكثر باسم رغوة البوليسترين)-رغوة البوليسترين المستخدمة في مجال الطيران والفضاء مع بنية أساسية خلوية مغلقة بإحكام مع عدم وجود فراغات بين الخلايا؛ قوة ضغط عالية ومقاومة جيدة لاختراق الماء. يمكن قطعها بسلك ساخن وتحويلها إلى أشكال أجنحة.
-الفينول - مقاومة جيدة للحريق، ويمكن أن تكون كثافته منخفضة جدًا، ولكن خواصه الميكانيكية منخفضة نسبيًا.
-البولي يوريثين - يستخدم في إنتاج أجسام الطائرات وأطراف الأجنحة والأجزاء المنحنية الأخرى للطائرات الصغيرة؛ غير مكلفة نسبيًا، ومقاومة للهب-، ومتوافقة مع معظم المواد اللاصقة؛ لا يمكن قطع رغاوي البولي يوريثان بسلك ساخن؛ من السهل تحديد الخطوط باستخدام السكاكين الكبيرة ومعدات الصنفرة.
-البولي بروبيلين - يستخدم لإنشاء الأشكال المجنحة؛ يمكن قطعها بالأسلاك الساخنة. متوافق مع معظم المواد اللاصقة وراتنجات الايبوكسي. لا يُستخدم مع راتنجات البوليستر القابلة للذوبان في الوقود والمذيبات.
-البولي فينيل كلورايد (PVC) (Divinycell، وKlegecell، وAirex)-وهي عبارة عن رغوة ذات خلايا مغلقة متوسطة إلى عالية الكثافة مع قوة ضغط عالية، ومتانة، ومقاومة ممتازة للحريق؛ يمكن تشكيلها بالفراغ إلى أشكال مركبة وتشكيلها باستخدام التشكيل الحراري؛ متوافق مع البوليستر، فينيل استر، وراتنجات الايبوكسي.
-بولي(ميثاكريليميد) (Rohacell) - رغوة خلوية مغلقة-لهياكل الساندويش خفيفة الوزن؛ خصائص ميكانيكية ممتازة، مستقرة في درجات حرارة عالية، مقاومة جيدة للمذيبات، مقاومة ضغط الزحف المتميزة؛ أكثر تكلفة من الأنواع الأخرى من الرغاوي، ولكن مع خصائص ميكانيكية رائعة.
ثالثا. أضرار في التصنيع والاستخدام
3.1 عيوب التصنيع
تشمل عيوب التصنيع ما يلي:
-الفصل (الفصل)
-مناطق نقص الراتنج
-المناطق التي بها فائض من الراتنج
-بثور، فقاعات
-التجاعيد
-مجوف
-التحلل الحراري
يشمل تلف التصنيع العيوب مثل المسامية، والشروخ-الدقيقة، والتصفيح الناتج عن اختلافات التصنيع. ويتضمن أيضًا أمورًا مثل قطع الحواف غير المقصود، والخدوش السطحية، وفتحات التثبيت التالفة، والأضرار الناجمة عن الصدمات. تتضمن أمثلة العيوب التي تحدث أثناء عملية التصنيع أسطح الربط الملوثة أو الشوائب، مثل بطانات التقوية المسبقة أو أفلام التحرير، والتي يتم تركها عن غير قصد بين الطبقات أثناء عملية رمي الكرة. قد يحدث تلف غير مقصود (غير -معالج) للأجزاء أو المكونات التفصيلية أثناء التجميع أو النقل أو المناولة.
إذا تم استخدام كمية كبيرة جدًا من الراتينج في جزء ما، فقد يكون هناك تحميل زائد للراتنج، وهذا ليس بالضرورة سيئًا بالنسبة -للتطبيقات غير الهيكلية، ولكنه يضيف وزنًا. إذا نفد الكثير من الراتينج أثناء عملية المعالجة، أو إذا لم يتم تطبيق ما يكفي من الراتينج أثناء عملية الترطيب الرطب، فيُقال أن الجزء تم تجويع الراتينج. يتم الكشف عن المناطق المحرومة من الراتنج- بواسطة سطح الألياف. تعتبر نسبة الألياف إلى الراتنج 60:40 هي الأمثل.
تشمل مصادر عيوب التصنيع ما يلي:
-معالجة أو معالجة غير صحيحة
-معالجة غير صحيحة
-تعامل غير لائق
-الحفر غير الصحيح
-مقطرات الأدوات
-التلوث
-طحن غير مناسب
-مواد غير مؤهلة
-أدوات غير مناسبة
-عمود التجويف أو مشاكل تفصيلية
في التكوينات الهيكلية للمركبات، يمكن أن يحدث الضرر في عدة طبقات. ويتراوح هذا من تلف المصفوفة والألياف إلى فشل العناصر المكسورة والمرفقات المربوطة أو المثبتة بمسامير. تتحكم درجة الضرر في عمر التحميل المتكرر والقوة المتبقية، وهي ضرورية لتحمل الضرر.
3.2 تكسر الألياف
يمكن أن يكون تكسر الألياف أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لأن الهياكل مصممة عادةً بحيث تهيمن عليها الألياف- (أي أن الألياف تحمل معظم الحمولة). ولحسن الحظ، عادة ما يقتصر تكسر الألياف على المنطقة القريبة من نقطة الاصطدام ويقتصر على حجم وطاقة الجسم الذي تم الاصطدام به. قد يؤدي عدد قليل فقط من العناصر المرتبطة بالخدمة-في الوحدة السابقة إلى حدوث تلف كبير في الألياف.
3.3 مصفوفة دون المستوى (خلية غير متجانسة)
تحدث عيوب المصفوفة عادةً عند واجهة ألياف المصفوفة-أو عند المصفوفة الموازية للألياف. تؤدي هذه العيوب إلى تدهور طفيف في بعض خصائص المادة، ولكن نادرًا ما يكون لها تأثير حاسم على البنية ما لم يكن تدهور المصفوفة منتشرًا على نطاق واسع.
يمكن أن يؤدي تراكم الشقوق في المصفوفة إلى تدهور الخصائص التي تسيطر عليها المصفوفة. بالنسبة للصفائح المصممة لنقل الأحمال باستخدام الألياف (التي تهيمن عليها الألياف-)، لا يُلاحظ أيضًا سوى تدهور بسيط في الخصائص عند تعرض المصفوفة لأضرار بالغة. يمكن أن يؤدي تكسير المصفوفة أو التكسير الدقيق إلى تدهور الخصائص بشكل كبير اعتمادًا على واجهة الراتنج أو الألياف-الراتنجية، مثل القص بين الصفائح وقوة الضغط. يمكن أن يكون للتكسير الدقيق تأثير ضار جدًا على أداء الراتنجات ذات درجات الحرارة المرتفعة. قد تتطور عيوب المصفوفة إلى تصفيحات، وهو نوع أكثر خطورة من الضرر.
3.4 التصفيح وإزالة-الالتصاق
أشكال التصفيح عند السطح البيني بين الطبقات في الصفائح. يمكن أن تتشكل التشققات بواسطة شقوق المصفوفة أو تأثيرات الطاقة المنخفضة-التي تمتد من القاعدة إلى الطبقة البينية. يمكن أيضًا تكوين الروابط من خلال عملية التصنيع على طول خط الربط بين عنصرين وتبدأ في التصفيح (التصفيح) في الصفائح المجاورة. في ظل ظروف معينة، يمكن أن ينمو التصفيح أو الترابط أثناء التحميل المتكرر ويمكن أن يؤدي إلى أضرار كارثية عند تحميل الصفائح. تعتمد أهمية التصفيح أو الترابط على:
-الأبعاد.
-عدد عمليات التصفيح في موقع معين.
-الموقع - في سمك الصفائح، في الهيكل، بالقرب من الحواف الحرة، ومناطق تركيز الإجهاد، والانقطاعات الهندسية، وما إلى ذلك.
-التحميلات - يعتمد سلوك التصفيح والربط على نوع التحميل. لديهم تأثير يذكر على استجابة صفح الشد. ومع ذلك، في ظل التحميل الانضغاطي أو القص،-قد تنثني الطبقات الفرعية المجاورة للوحدات المصفحة أو المقشرة وتؤدي إلى آليات إعادة توزيع الأحمال التي يمكن أن تؤدي إلى أضرار هيكلية.
3.5 مجموعات الضرر
بشكل عام، يمكن أن تسبب أحداث التأثير مجموعة متنوعة من الأضرار. قد تؤدي تأثيرات الطاقة العالية-الناجمة عن الأجسام الكبيرة (مثل شفرات التوربينات) إلى تجزئة المكونات أو فشل المرفقات. قد يشمل الضرر الناتج فشلًا كبيرًا في الألياف، وتشقق المصفوفة، والتصفيح، وكسر أدوات التثبيت، وتجريد المكونات. يمكن التحكم بسهولة في الأضرار الناجمة عن تأثيرات الطاقة المنخفضة-، ولكنها قد تتضمن أيضًا مزيجًا من كسر الألياف، وتشقق المصفوفة، والتصفيحات المتعددة.
3.6 عيوب ثقب التثبيت
قد تحدث ثقوب محفورة بشكل غير صحيح، ومثبتات مثبتة بشكل سيئ، ومثبتات مفقودة أثناء عملية التصنيع. أثناء الخدمة، قد تحدث إطالة في فتحة القطع نتيجة لدورات التحميل المتكررة.
3.7 عيوب الخدمة
تشمل عيوب الخدمة ما يلي:
- الأضرار البيئية
- ضرر التأثير
- التعب
- التشققات الناتجة عن التحميل الزائد المحلي
- فك الترابط (اللصق)
- التفريغ
- تمزق الألياف
- تآكل
تحتوي معظم الهياكل الأساسية على شكل قرص العسل، مثل أجنحة الجناح، والإنسيابية، وأجهزة التحكم في الطيران، وأبواب معدات الهبوط، على ألواح سطحية رقيقة جدًا. تواجه مشاكل المتانة، ويمكن تصنيفها على نطاق واسع إلى ثلاث مجموعات: مقاومة منخفضة التأثير، ودخول السائل، والتآكل (التآكل). تتمتع هذه الهياكل بصلابة وقوة كافية، ولكنها أقل مقاومة لبيئات الخدمة حيث يتم الزحف إلى الأجزاء، ويتم إسقاط الأدوات، وعادةً لا يدرك موظفو الخدمة مدى ضعف -مكونات الساندويتش ذات القشرة الرقيقة. عادة ما يتم اكتشاف الأضرار التي تلحق بهذه المكونات، مثل سحق القلب، وأضرار الارتطام، والخلع، بسهولة عن طريق الفحص البصري بسبب أسطحها الرقيقة. ومع ذلك، يتم تجاهلها أو إتلافها في بعض الأحيان من قبل موظفي الخدمة الذين لا يريدون تأخير مغادرة الطائرة أو لفت الانتباه إلى الحوادث التي قد تؤثر على سجل أدائهم. ونتيجة لذلك، يُترك الضرر في بعض الأحيان دون فحص، مما يؤدي غالبًا إلى زيادة الضرر بسبب دخول السائل إلى القلب. يمكن أيضًا أن تؤدي تفاصيل التصميم غير المتينة (على سبيل المثال، حواف قلب قرص العسل المقطوعة بشكل غير صحيح) إلى دخول السائل.
قد تختلف عملية الترميم بسبب دخول السوائل إلى الجزء من سائل إلى آخر، والأكثر شيوعًا هو الماء أو السائل الهيدروليكي. يميل الماء إلى إحداث ضرر إضافي في الأجزاء التي تم إصلاحها ما لم تتم إزالة كل الرطوبة من الجزء. يتم معالجة معظم أنظمة مواد الترميم عند درجات حرارة أعلى من نقطة غليان الماء، مما قد يؤدي إلى فك الارتباط في الواجهة الأساسية للجلد-، مما يؤدي إلى تجمع المياه في كل مكان. لهذا السبب، عادة ما يتم إجراء دورة التجفيف الأساسية قبل أي عملية ترميم. يتخذ بعض المشغلين خطوة إضافية تتمثل في تجفيف الأجزاء التالفة التي لم يتم إصلاحها في خزان عالي الضغط -لمنع حدوث أي ضرر إضافي أثناء عملية الإصلاح. السائل الهيدروليكي مسألة مختلفة. بمجرد تشبع قلب اللوحة العازلة، يكاد يكون من المستحيل إزالة السائل الهيدروليكي بالكامل. حتى أثناء عملية المعالجة، سيستمر القسم في تسرب السوائل حتى تتم إزالة التلوث المتسرب بالكامل. يوصى بشدة بإزالة قلب قرص العسل الملوث والمواد اللاصقة كجزء من عملية الترميم. كما هو مبين في الشكل 21
الشكل 21: الأضرار التي لحقت ببنية شطيرة قرص العسل
من المعروف أن المواد المركبة لديها قدرة تآكل أقل من الألومنيوم، لذلك غالبًا ما يتم تجنب استخدامها على الأسطح الطرفية. ومع ذلك، فقد تم استخدام المواد المركبة في الأشكال الهندسية المعقدة للغاية، ولكن عادةً ما يتم استخدامها جنبًا إلى جنب مع تطبيقات طلاء التآكل. بعض الطلاءات المضادة للتآكل ليست مثالية لمقاومة التآكل أو الصيانة. هناك مشكلة أخرى، ليست واضحة مثل الأولى، وهي تآكل حواف الأبواب أو الألواح إذا تعرضت لتيارات الهواء. قد يكون هذا التآكل بسبب التصميم أو التثبيت (التركيب غير السليم). من ناحية أخرى، قد تظهر الهياكل المعدنية المتلامسة مع هذه المكونات المركبة أو بالقرب منها ضررًا بسبب التآكل بسبب الاختيار غير المناسب لسبائك الألومنيوم، أو تلف المادة المانعة للتسرب المسببة للتآكل للمكونات المعدنية أثناء التجميع أو الربط، أو عدم كفاية مانع التسرب، أو عدم وجود حاجز من الألياف الزجاجية عند واجهة العوارض والأضلاع والتجهيزات. كما هو مبين في الشكل 22
الشكل 22: تلف التآكل في قمة الجناح (الطرف)
3.8 التآكل
تحتوي معظم أجزاء الألياف الزجاجية والكيفلار® على شبكة ألمنيوم ممتازة للحماية من الصواعق. غالبًا ما تتآكل شبكة الألمنيوم هذه حول فتحات المسامير أو المسامير. يؤثر التآكل على الترابط الكهربائي للوحة ويتطلب إزالة شبكة الألمنيوم وتركيب شبكة جديدة لاستعادة الترابط الكهربائي للوحة. كما هو مبين في الشكل 23
الشكل 23: تآكل شبكة الحماية من الصواعق المصنوعة من الألومنيوم
تؤثر الأشعة فوق البنفسجية على قوة المواد المركبة. تحتاج الهياكل المركبة إلى الحماية من تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية بطبقة علوية. تم تطوير بادئات وطلاءات متخصصة للأشعة فوق البنفسجية لحماية المواد المركبة.