Poniższe znalazłem na rec.av.soaring.
Ciekaw jestem komentarzy tych osób z większa niż moja wiedza. Tak faktycznie jest? Po co więc węgiel? Tylko zwiększenie sztywności konstrukcji?!
S
"Also a common misconception is that glass is weaker than carbon.
Its stronger actually - but also somewhat heavier and more flexible.
The raw tensile strength of S-glass is about 600,000 psi. Most
carbon fibers are around 500,000. When put into a 50/50 epoxy
layup, the strength is reduced by half.
To limit the wing deflection of glass fiber spar sailplanes, designers
often put in extra glass fiber. On the other hand, carbon fiber ships
tend to be too stiff, and designers use lower margins over the rated
max load to avoid overly stiff wings. The result is that on many
of the older glass spar ships, the spars will take 12g's or more,
even though they are rated for 5.3 g's. The newer carbon ships do
not provide the same safety factor. ... Something to think about
when you are barrelling in at over redline in turbulence!"
Gdzieś wyczytałem to:
"Zmiana profilu z 17% na 14% wymaga powiększenie przekrojów pasów dźwigara o około 30 %,
dlatego masa pasów rośnie o 30%. Przewymiarowaniu ulega nie tylko dźwigar,
ale wszystkich skorup przenoszących skręcanie".
Roman
Hej,
chyba, głównie ze względu na masę, a raczej stosunek wytrzymałość vs masa.
Gdy 3 lata temu byłem w Wytwórni Konstrukcji Kompozytowych w Jasienicy, p. Papiorek opowiadał o tym m.in. w kontekście wypadku Swifta podczas Shorearm Airshow 2010, gdzie Newman przeciągnął szybowiec podczas podejścia do lądowania. Są filmy w sieci, natomiast więcej widać na zdjęciach sekwencyjnych:
http://www.dailymail.co.uk/news/article-1311828/Shoreham-air-crash-pilot-escapes-stunt-glider-smashes-runway.html (http://www.dailymail.co.uk/news/article-1311828/Shoreham-air-crash-pilot-escapes-stunt-glider-smashes-runway.html)
Wracając do wypowiedzi Papiorka - powiedział, że gdyby Swift był wykonany z włókna węglowego, Newman nie miałby szans wyjść z tego wypadku w takiej kondycji. Z tego co pamiętam twierdził, że najlepszym rozwiązaniem (z punktu widzenia bezpieczeństwa) jest połączenie: kompozyt węglowy na kontrukcje dźwigarów itp, oraz włókno szklane do kokpitu, ze względu na jego wytrzymałość i rozpraszanie energii w przypadku uderzenia. Jak niestety widać z innych fotorelacji, z kadłuba węglowego zostają tylko drzazgi.
Pozdrawiam, Ł.
P.S. Kilkanaście lat temu kolega z klubu, próbując lądować w polu, wmeldował się Juniorem w przewody średniego napięcia i w podobnej konfiguracji "wjechał" w ziemię. Jedyne obrażenia jakie odniósł, to skaleczenia twarzy od odprysków owiewki.
Cześć Wszystkim,
Po tematach dyskusji widać, że już po sezonie i jesień przyszła... Ale nie o tym chciałem, pozwolę sobie nieco uporządkować dyskusję.
Otóż w lotnictwie generalnie zależy nam na lekkości konstrukcji, stąd konstruktorzy wybierają materiały posiadające jak największą wytrzymałość przy jednocześnie jak najmniejszej gęstości (czyli dzielimy sobie wytrzymałość materiału przez jego gęstość). Oczywiście są jeszcze inne kryteria doboru materiałów, jak cena, technologiczność, odporność na korozję, trwałość zmęczeniowa etc. Ale skupiając się tylko na parametrze ,,wytrzymałość/gęstość" można wskazać kilku faworytów (jednostki miary zaniedbałem):
- kompozyt węglowo epoksydowy: 1.11
- kompozyt szklano epoksydowy: 0.53
- tytan: 0.25
- dural: 0.21
- stal: 0.17
Widać tu wyraźną przewagę materiałów kompozytowych i ponad dwukrotną przewagę ,,węgla nad szkłem".
Drugi ważny aspekt, to taki, że struktura szybowca, zwłaszcza skrzydeł o dużym wydłużeniu jest wymiarowana przez kryterium sztywności a nie wytrzymałości. Innymi słowy, gdybyśmy chcieli zaprojektować przysłowiowy dźwigar tylko i wyłącznie w oparciu o kryterium wytrzymałościowe, to otrzymalibyśmy bardzo wiotkie skrzydło, podatne na flatter, a odkształcenia skrzydła w locie byłyby tak duże, że spowodowałyby spadek osiągów i trudności ze sterowaniem. Rozwój techniki szybowcowej poszedł w kierunku zwiększania wydłużeń skrzydeł, co pociąga za sobą konieczność stosowania ,,sztywniejszych" materiałów.
Dla zaspokojenia Waszej ciekawości nadmienię, że kompozyt zbrojony włóknem węglowym jest 4x sztywniejszy od kompozytu zbrojonego włóknem szklanym i 2.5x sztywniejszy od duralu. Jeżeli weźmiemy dodatkowo pod uwagę mniejszą gęstość kompozytu ,,węglowego" to jego przewaga nad pozostałymi materiałami jeszcze się powiększa.
W kwestii dokładania dodatkowych włókien (czy też warstw) w dźwigarach wykonanych z kompozytu szklano – epoksydowego w starszych szybowcach, to faktycznie mógł być to sposób konstruktorów na zapewnienie odpowiedniej sztywności dźwigara. Prowadziło to jednak do nieoptymalnej i przewymiarowanej z punktu widzenia wytrzymałościowego konstrukcji. Pisanie, że coś tam się łamało przy 12g świadczy jedynie o tym, że konstrukcja jest przewymiarowana, zapewne za ciężka i pewnie dałoby się ją zaprojektować lepiej. Powinno się złamać tuż po osiągnięciu 5.3g x 1.5 = 7.95g ;) gdzie 5.3 to współczynnik obciążeń dopuszczalnych a 1.5 to współczynnik bezpieczeństwa.
Pan Papiorek miał rację, ponieważ sposób pochłaniania i rozpraszania energii przez strukturę wykonaną z kompozytu ,,węglowego" i sposób jej niszczenia jest faktycznie mniej korzystny w porównaniu z konstrukcją wykonana z kompozytu ,,szklanego", o konstrukcji drewnianej czy metalowej nie wspominając.
No, ale nie przynudzam.
Docent
Docent, wcale nie przynudzasz. Oczywiście zawsze jest to kompromis w konstrukcjach: albo bezpieczeństwo, albo wyczyny /tudzież np. ergonomia kabiny. Swoją drogą piloci przedwojenni byli niżsi niż teraz, także jakby budować te polskie przedwojenne repliki szybowców, to już trochę wyżsi piloci i ciężsi do nich nie wsiądą. Chyba, że trzeba by powiększyć oryginalne kabiny/.
Nie da się chyba tego pogodzić w 100 %.
Węgiel ma zalety i wady, szkło też ma zalety i wady, ale oczywiście węgiel jest dużo lepszym materiałem konstrukcyjnym niż szkło, stąd i droższym.
Wypadek Swiftwa - wiesz, to zawsze jest jakąś tam mimo wszystko ruletką. Bo wypadki rzadko są "standardowe".
Roman
Cytat: Roman w Październik 10, 2016, 21:31
Węgiel ma zalety i wady, szkło też ma zalety i wady, ale oczywiście węgiel jest dużo lepszym materiałem konstrukcyjnym niż szkło, stąd i droższym.
Byłbym ostrożnym z używania słowa "lepszym". Po prostu mającym inne własności.
Niestety moja wiedza o kompozytach jest nabywana niejako "przy okazji", ale natura doświadczalnika kazała mi sprawdzić
(w warunkach warsztatowych, nie laboratoryjnych) pewne zasłyszane (zaczytane?) prawo - szkło informuje o przekroczeniach,
węgiel nie. W skrócie - przy przeciążeniu ustroju z laminatu szklanego, zanim wszystko się rozpadnie, mamy informację,
że coś poszło nie tak - tzw. zabielenia. Węgiel tego nie pokaże. Będzie pracował, dopóki się nie ropadnie.
Pewnie można dotrzeć do jakiś naukowych opracowań, ale po jakiś pracach w warsztacie, zostało mi trochę żywicy i skrawków
różnych materiałów. Zrobiłem więc sobie eksperyment. Laminat szklany, laminat węglowy, laminat szklano-węglowy.
Celem nie było określenie dokładnej wytrzymałości ale właśnie zostawiania śladów po przekroczeniu naprężeń wciąż pozostając w całości.
Dlatego układ pomiarowy był znacznie uproszczony - imadło, młotek i oko :)
Laminat szklany da się złamać - ale dużo wcześniej da się zaobserować zabielenie.
Węgiel potrzebował niby mocniejszego uderzenia, za to złamał się od razu.
Fajne było połączenie węgiel-szkło - zanim węgiel puścił, było widać zabielenia na warstwie szklaniej.
I tak to sobie powtórzyłem eksperymenty naukowców w zaciszu warsztatu :)
Nihil novi sub solem, ale frajda była.
Nic nowego w sumie nie wniosłem, ale chciałem się pochwalić:)
pozdr
Dino
Gdybyśmy przeprowadzili sobie klasyczną próbę rozciągania (lub ściskania), mierząc i rejestrując jednocześnie naprężenie czy też siłę (oś pionowa) i odkształcenie (oś pozioma) próbki, to wyszło by nam mniej więcej coś takiego jak na załączonym obrazku.
Widać wyraźnie, że kompozyt zbrojony włóknem węglowym dochodzi do punktu zniszczenia, po czym dramatycznie przestaje przenosić jakiekolwiek obciążenia ("pionowy" spadek naprężeń). W przypadku kompozytu zbrojonego włóknem szklanym, widać że po przekroczeniu naprężeń niszczących próbuje on coś tam jeszcze przenosić, zanim obciążenie spadnie do zera. To jest właśnie zobrazowanie istotnej różnicy w przebiegu zniszczenia obu materiałów, czego dowiódł doświadczalnie Dino w swoim imadle.
Witam.Bez włókna węglowego nie powstałyby Diany 1 i 2. Ś.p. konstruktor pragnął aby pusta waga Diany 1 nie przekroczyła 150 kg wagi !!!. Wydawało się to wszystkim nierealne ale robiliśmy wszystko pod ten cel. Teoria teorią ale praktyka życiem. Proszę mieć na uwadze, że skrzydła Dian są bez dźwigarowe. Takie rozwiązanie w "szkle" jest niemożliwe zwłaszcza przy tak cienkim profilu jaki mają Diany. Bez dźwigarowe skrzydło nie było łatwe do wykonania i nie obyło się bez kłopotów podczas prób zmęczeniowych ale potrzeba jest matką wynalazków i znaleźliśmy odpowiednie rozwiązania. Ponadto małą wadą rozwiązań dźwigarowych są z biegiem upływu czasu skurcze i "deformacje" profilu w miejscu klejenia dźwigara z pokryciem, którą należy poprawiać podczas renowacji lakierniczych. Ś.p. Bogumił swoim nowatorskim rozwiązaniem znacznie wyprzedził dotychczasowe rozwiązania konstrukcyjne, nie nadążyły tylko urzędy certyfikacyjne, w końcu jednak doczekał się. Władysław.
Skrzydło bezdźwigarowe to już przed wojną było - żadna to nowość.
Był tzw. keson Misztala, zastosowany np. w samolocie Łoś.
Roman
Cytat: Roman w Październik 15, 2016, 15:27
Skrzydło bezdźwigarowe to już przed wojną było - żadna to nowość.
Był tzw. keson Misztala, zastosowany np. w samolocie Łoś.
Roman
Aha i rozumiem, że te bez dźwigarowe skrzydła były przed wojną stosowane w laminatowych szybowcach tak? ;)
Chodzi o ideę, pomysł i praktycznie zastosowanie tego pomysłu, które radykalnie obniżyło masę konstrukcji.
A laminaty/żywice pojawiły się w bodajże już 1940 roku, Focke Wulf je stosował, choć sporadycznie.:)
Poza tym już w latach 80-tych /?/ w deskach żeglarskich była taka zygzakowata przekładka już stosowana.
Ale też nie chodzi tylko o węgiel i przekładkę - w Dianie 2 są jeszcze inne pomysły, które powodują, że szybowiec ten stał się na lata - a może i do dziś - najlepszym wysoko wyczynowym szybowcem świata.
Roman
W karcie technicznej żywicy L285 znajduje się fajne porównanie różnych wytrzymałości i sztywności kompozytów.
http://www.havel-composites.pl/index.php?menu=produkt&id=107 (dokument do pobrania, tabela na samym końcu)
Trochę lat temu, kiedy nasz Kraj był objęty ograniczeniami cocom i o węglu można było tylko pomarzyć, to nasi modelarze jakoś sobie z tym ograniczeniem jakoś radzili i używali tak dziś powszechnych i dostępnych materiałów jak węgiel. I wtedy już mieliśmy wiedzę że węgiel lubi pękać "bez ostrzeżenia" i dlatego w rdzeniu węglowego śmigła zawsze było wkładane trochę szkła które w razie "w" nie pozwoliło łopacie odmaszerować. Przy okazji parę ciekawostek z tamtych lat. Końcówki śmigieł potrafiły się kręcić się z prędkością bliską dźwięku i koledzy musieli rozwiązywać na łopatach problemy falowe, stąd to pojawiały się ciekawe szablaste kształty łopat. Przy tak dużych prędkościach siły odśrodkowe były też bardzo duże więc środek obsady śmigła bywał wykonany z tytanu. Rosła też możliwość urwania się łopaty więc w śmigło zamiast szkła był wkładany kevlar. Osobiście tego materiału bardzo nie lubiłem bo ze względu na jego dużą twardość jak któreś z włókien "wylazło" na zewnątrz to było nie do "zaszlifowania".
Tak przy okazji dodam że ewentualne naprawy uszkodzeń warstw z włókna węglowego są kłopotliwe, materiał z włókna szklanego bardziej jest "zwarty" i przy przesycaniu żywicą cienkich warstw nie ma problemów, za to włókna węglowe przemieszczają się dlatego przy naprawach trzeba dołożyć włókna szklanego aby temu zapobiec Pozdrawiam Władysław.
Cytat: Zbigniew Siwik w Październik 25, 2016, 21:55
(...) węgiel lubi pękać "bez ostrzeżenia" i dlatego w rdzeniu węglowego śmigła zawsze było wkładane trochę szkła które w razie "w" nie pozwoliło łopacie odmaszerować (...)
kevlar. Osobiście tego materiału bardzo nie lubiłem bo ze względu na jego dużą twardość jak któreś z włókien "wylazło" na zewnątrz to było nie do "zaszlifowania".
Nie dalej jak w sierpniu doprowadziłem (działania celowe/doświadczalne) do rozerwania łopaty śmigła z kompozytu epoksydowo węglowego. Średnica śmigła 334mm, ok4500 rpm przy rozerwaniu, kawałki w promieniu 30m (a byłoby dalej, gdyby nie uczelniane mury) ;)
Jeśli chodzi o kevlar, to jest to nie tyle kwestia twardości, co specyficznych wiązań chemicznych. Włókna są nie do rozplecenia i trudne do cięcia (ślizgają się po ostrzu). W Poznaniu mówi się, że jak wylizie to "kuniec dymbiec"). Na jakąś wewnętrzną warstwę laminatu jest bardzo fajne ze względu na wspomniane już właściwości.