SE437004B - Anvendande av ett super-plastiskt material for att skydda ett ytparti av en flygplanskomponent - Google Patents

Description

7714234- 7 erbjuder ett skydd genom sin elasticitet och seghet, medan skyddet vid metalliska beläggningar är beroende av materialets hårdhet.

Plastmaterialen lider av den olägenheten, att deras användbarhet är begränsad till förhållandevis begränsade hastigheter, medan belägg- ningar av nickel och rostfritt stål, som är användbara inom ett mycket större område, är utomordentligt svåra och dyrbara att fram- ställa. Även om de metalliska skyddsbeläggningarna görs förhållande- vis tunna är det mycket svårt att forma dem så att de noggrant följer formen på den undervarande komponenten. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att föreslå ett enkelt applicerbart och fördelaktigt skydd för en flygplanskomponent, och kännetecknas därav, att man ånvänder ett super-plastiskt material för att skydda ett ytparti av den_bérörda komponenten.

En lämplig, super-plastisk legering för här avsett ändamål till- verkas av Imperial Smelting Company Ltd, och benämnes "SPZ alloy" Denna kan allmänt beskrivas som en kvartär legering med finkorning mikrostruktur, som är stabil vid den temperatur där super-plastisk deformation sker, och den innehåller ungefär 70-82 vikts-% zink, 30-18 vikts-% aluminium samt högst 0,25 vikts-% magnesium och högst 2 vikts-% av endera koppar, nickel eller silver.

Uppfinningen kommer här nedan att beskrivas med hänvisning till bifogade ritning, på vilken 'Fig. 1 är en tvärsektion genom ett parti av en flygplansvinge utförd i enlighet med en utföringsform av uppfinningen, Fig. 2 visar en motsvarande sektion genom en komponent enligt ett modifierat utförande, och Fig. 3 schematiskt visar en bild av ett flygplan.

Det i Fig. 1 visade partiet av en flygplansvinge omfattar ett ytter- skal 11, som bestämmer vingens profilform. Lämpligheten av att skydda vissa partier av vingytan, liksom även andra ytor vid ett flygplan, gentemot erosion och slag orsakade av regn, samt luftburen sand och is, -är allmänt erkänd. Speciellt framkanterna av vingarna och roderorganen, luftintagen till motorerna, samt löp- och ledskovlar i de senare, lik- som framkanterna vid helikopterrotorer är utsatta för erosions- och slagskador.

För att vidmakthålla den mekaniska integriteten vid dylika komponenter 7714234- 7 är det värdefullt att ordna ett effektivt skydd. Om komponenterna är försedda med anordningar för elektriska värmningsanordningar för åstad- kommande av av-isning, behöver även dessa elektriska anordningar skyd- das. Ett effektivt skydd är speciellt värdefullt vid helikopterrotorer, som ofta är tillverkade av material som armerats med fibrer, t ex kol- fibrer.

I figuren antyder referens 12 ett skyddande skikt av en super- plastisk legering, som har en formbarhet motsvarande vad man kan er- hålla med vissa binära zink/aluminiumlegeringar, men som är över- lägsen dessa i fråga om motståndskraft mot fuktighetsangrepp. Detta är naturligtvis synnerligen viktigt, när en av de skadeorsaker som man vill undvika är erosion, åstadkommen genom regnets inverkan. Prov utförda med flygplanskomponenter försedda med en skyddande beklädnad av en super-plastisk legering, på det sätt som kommer att beskrivas här nedan, visar mycket god motståndsförmåga mot erosion orsakad av regn, hagel och sand.

En ytterligare fördel med användningen av dessa super-plastiska lege- ringar för att åstadkomma utvändig skyddsbeklädnad är att det skiv- formade utgångsmaterialet lätt kan formas så att det noggrant ansluter sig till formen på den vingprofil eller annan yta som skall skyddas.

Skivorna av super-plastisk legering är förhållandevis tunna, ca 0,25-0,75 mm. Tjockleken väljs med hänsyn till önskemålet att åstad- komma en beläggning som är tillräckligt stark att stå emot slag från regn, is och sand, så att den underliggande komponentytan, och lim- skiktet, då sådant förekommer, inte skadas, men som är så tunn att viktökningen kan hållas inom acceptabla gränser.

För att applicera en skyddande beläggning av ovan antytt slag kan man använda olika framgångsvägar. Man kan exempelvis behandla den berörda komponenten separat från flygplanskroppen, varvid den yta som skall skyddas och/eller skivan av super-plastisk legering bestryks med något epoxiharts-lim 13. Skivan av super-plastisk legering pressas där- efter mot avsedd yta på komponenten så att den i stort formas efter dennas kontur. Därefter höjer man, lämpligen i en ugn, temperaturen på komponenten och på skivan till en temperatur, där de super-plastiska egenskaperna hos legeringen framträder, varefter man formar skivan så 7714234-“7 att den noggrant ansluter sig till den underliggande ytan. Komponenten kommer då själv att tjänstgöra som matris.

Formningen av skivan kan ske på så sätt att man täcker skivans ytter- yta med en eller flera luftsäckar, och sedan blåser upp dessa så att de pressar skivan mot komponenten, och samtidigt åvägabringar en lik- formig tjocklek på limskiktet, över skivans hela yta._ Alternativt kan komponenten med skivan påsatt, sedan önskad temperatur uppnåtts, inneslutas i en tät säck, som evakueras, varvid omgivande atmosfärstryck kommer att pressa skivan till intim kontakt med kompo- nentens yta.

Vid de tillfällen då det icke är lämpligt att höja temperaturen på komponenten i påtaglig grad, kan man upphetta skivan, separat från _komponenten, till en temperatur som ligger över den, där de super- plastiska egenskaperna uppträder, och därefter snabbt applicera skivan på, och forma den efter den relativt kallare komponentytan. Som en för- siktighetsåtgärd kan man lägga in en isolerande matta mellan den heta skivan och komponenten, varvid tjockleken på mattan väljs så att den svarar mot tjockleken på det_blivande limskiktet. När skivan formats så att den anslutit sig till komponentens form lyfts den bort, så att isoleringsmattan kan tas bort och fastlimning av den formade skivan kan ske.

Som kommer att framgå av det följande kan det ibland vara aktuellt att förse en viss del av en flygplanskomponent med värmningsanordning, i ändamål att möjliggöra av-isning. Ett uppvärmningsskikt kan tjänstgöra som värmeisolering under formning av skivan, men i sådant fall får naturligtvis det i värmaren ingående isolationsskiktet bli kvar på komponenten, och den formade skivan limmas fast så att den täcker värmningsanordningen.

Som ett ytterligare alternativ kan man tänka sig anordningar för att Lillfälligt kyla berörd del av komponenten för att under formningen av skivan förhindra överhettning av komponenten.

När det är fråga om att vid serieproduktion ordna skydd för ett antal, teoretiskt lika ytor, t ex framkanterna av vingarna vid olika exemplar 7714234* 7 av samma flygplanstyp, kan man forma.ett flertal skivor som skoningar eller ränn-element med hjälp av en matris, som har samma form som be- rört parti av vingprofilen. Varje flygplan är ju byggt upp individuellt och även om de är helt lika, kan det uppstå små skiljaktigheter, som, utan att påverka vingprofilens funktion, dock har en egen karaktär, som måste tas hänsyn till.

Alla förtillverkade skoningar kommer därför kanske inte att passa alla vingar exakt. Det är emellertid av vital betydelse, att skyddsbekläd- nad verkligen noggrant ansluter sig till den underliggande ytan som skall skyddas, så att limskiktet får likformig tjocklek och därigenom säkerställer fullgod bindning över skivans hela yta. Många i dag an- vända limmedel måste kunna appliceras med en jämn tjocklek av 0,1 mm för att ge optimala bindningsförhållanden. Om det inte skapas förut- sättningar för att skivan exakt följer den underliggande ytan kan det uppstå håligheter, som innebär en påtaglig försvagning av den resul- terande kompositstrukturen. Sådana försvagningar kan snabbt medföra skador på den skyddande beläggningen, som följd av de utomordentligt stora.stötkrafter som även små partiklar utövar vid kritisk strömning.

Man vet om, att likartade försvagningar orsakat brott på skyddsbe- läggningar av nickel och rostfritt stål under nyssnämnda driftsför- hållanden. Vid de fall då värmningsanordningar är inbyggda i kompo- nenten kan lokala håligheter försvåra värmeöverledning och orsaka förstöring på grund av överhettning.

Eftersom skyddsbeläggningen är tunn kommer dess mekaniska hållfasthet att i hög grad bli beroende av limförbandet. Även om man sålunda har ett lager av förtillverkade, lika skoningar att ta av, så måste varje enskild skoning slutligen anpassas mot den yta, på vilken den skall anbringas. Det är underförstått, att limskiktet kan anbringas antingen på komponentytan, eller på skoningen, eller på bådadera. Den slutliga formningsoperationen av skoningen utförs vid en temperatur som säker- ställer plastisk deformation av legeringen, varvid någondera av ovan beskrivna tillvägagångssätt kan användas. Den exakta.anpassningen kan uppnås förhållandevis lätt genom materialets super-plasticitet.

När man arbetar enligt en metod, där limskiktet är pålagt före slut- formningen är det givetvis nödvändigt att limmets härdningstid är till- räckligt lång för att medge att man höjer temperaturen på Iegeringen, 7714234-7 och eventuellt även på komponenten, samt slutformar skivan, resp skoningen, innan limmet satt sig så mycket att rörelser mellan skiva och komponent förhindras.

Om man icke kan få fram ett för erforderliga temperaturförhållanden lämpligt lim får man forma skivan, resp skoningen utan att limmet på- förts, varefter man avlägsnar den slutformade skivan och påför limmet vid för detta lämpad temperatur, varefter_slutlig montering sker.

I ett sådant fall använder man under formningen ett avståndselement med samma tjocklek som det önskade limskiktet, så att man får exakt överensstämmelse när avståndselementet byts ut mot ett limskikt.

Vissa flygplansytor är försedda med uppvärmningsanordning 14 för att möjliggöra av-isning. Det är naturligtvis nödvändigt att man, för- utom mekaniskt skydd av komponenten, även skyddar den elektriska ut- rustningen vid berörd yta. I vissa fall, t ex vid helikopterrotorer, kan det vara lämpligt att inkorporera del av den elektriska utrust- ningen i skoningen, innan man ansluter denna till den yta av rotor- bladet, som skall skyddas. Vid sådana tillfällen formar man först till skoningen grovt, och limmar, eller förbinder på annat sätt värmar- element 14 med skoningens insida, innan skoningen slutformas. Värmar- elementen måste då naturligtvis vara tillräckligt flexibla för att följa med i de formförändringar som sker under den slutliga inpass- ningen av skoningen, så att man får ett jämnt limskikt, som är fritt från håligheter.

Olika typer av epoxiharts-lim kan användas, liksom även akrylharts- lim. När det är fråga om komponenter med komplex ytstruktur bör värmar- elementen anbringas på komponenten innan man slutformar skivan resp skoningen. Detta sker på något av de ovan beskrivna sätten.

Limmet kan utstrykas eller i flytande form sprutas på avsedd del, men kan även formas till en påläggbar film.

En lämplig super-plastisk legering är den "SPZ-alloy", som tillverkas av Imperial Smelting Company Ltd. De exakta beståndsdelarna i denna legering är ej kända, men den kan definieras som en "två-fas kvartär legering med finkornig mikrostruktur, som är stabil vid den temperatur 7714234- 7 där super-plastisk deformation uppträderf. Den innehåller 7o-8'2~vi1 magnesium, och upp till 2,0 vikts-% av endera koppar, nickel eller silver, och det finns säkerligen många andra legeringar inom ovan angivna gränser, som är lämpliga för här avsedda ändamål.

Beskrivningen talar om "den temperatur där super-plastisk deformation uppträder". Det är i verkligheten fråga om ett temperaturområde, men för en viss legering, eller användningsområde kan ett visst tempe- raturvärde vara att föredra. För en lämplig legering kan exempelvis super-plastisk deformation uppträda i området mellan 15000 och 26000.

Med hänsyn till egenskaperna hos det använda_limmet¿ arten av den komponent som skall skyddas och/eller graden av formning som behöver utföras, kan det exempelvis vara lämpligt att utföra den slutliga formningen, för vilken super-plastisk deformation är nödvändig, vid den undre temperaturgränsen. Man skall komma ihåg, att den skyddande beläggningen kan appliceras på komponenten sedan denna monterats i flygplanet, men att det lämpligen sker redan dessförinnan.

Den formning av den skyddande beläggningen till exakt anslutning mot den undervarande ytan, som är möjlig enligt uppfinningen, har icke kunnat uppnås med hittills känd teknik, där man icke använ super- plastiska skyddsmateriall

Claims (2)

1. 7714234- 7 PATENTKRAV l. Användande av ett super-plastiskt material för att skydda ett ytparti av en flygplanskomponent.

2. Användande enligt patentkravet l, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det super-plastiaka materialet är en två-fas kvartär legering med finkornig mikroetruktur, som är stabil vid den temperatur där super-plastiek-deform- atíon inträder, och som innehåller ungefär 70-82 vikts-% zink, 30-18 vikta-%-aluminium, upp till 0,25 vikts-% magne- Ksium, samt upp till 2 vikts-% av endera koppar, nickel eller silver, för att skydda ett ytparti på en flygplane- komponent.