از زمانی که برادران رایت در سال 1903 بال های چوبی و پارچه ای را در هواپیمای کوچک خود استفاده کردند، مواد مختلفی در طراحی بدنه هواپیما نقش داشته اند. اولین هواپیما های دنیا بال هایی سبک از جنس چوب و پارچه داشتند. بعد ها ساخت بدنه های فلزی هواپیما باعث عملی شدن پروازهای مسافرتی و باری شد. ولی در حال حاضر با پیشرفت تکنولوژی، سازه های کامپوزیتی با وزن کمتر، استحکام بیشتر و مقاومت بالاتر در برابر خوردگی در حال افزایش است.
مواد کامپوزیتی به دلیل سبک بودن و استحکام بالا و خواص فیزیکی برتر نسبت به فلز، برای کاربردهای صنایع هوافضا جذاب هستند. بعضی قطعات بدنه هواپیما از مواد کامپوزیتی فیبر های کربنی فشرده ساخته میشوند . قطعات کامپوزیت مورد استفاده در بدنه هواپیما به صورت لایه لایه (در زاویه های مختلف) ساخته می شوند و با توجه به مکان قرار گیری آن در هواپیما ممکن است از ده تا صد لایه داشته باشند. برخی از مزایای استفاده از کامپوزیت ها در بدنه هواپیما عبارتند از:
- کاهش وزن هواپیما از 20 تا 50 درصد.
- استحکام بیشتر بدنه
- مقاومت در برابر ضربه های موتور
- مقاومت در برابر حرارت زیاد
- مقاوم در برابر خوردگی
- مونتاژ راحت و سریع
شرکت ایرباس یکی از اولین استفاده کننده ها از بال های کامپوزیت در ساخت هواپیمای مسافربری A350 میباشد. برخلاف بال‌های فلزی سنتی، بال های کامپوزیتی همه خواص استحکام، سبکی و دوام را با هم دارند. بال های سبک تر به معنای صرفه جویی در سوخت و آلودگی کمتر است. شرکت ایرباس تاکنون 700 هواپیمای A350 جدید با بدنه کامپوزیتی فروخته.
قطعات کامپوزیتی بدنه هواپیما به دو روش ساخته میشوند.
- فرآیند OOA مثل پرس RTM
قطعات بسیار بزرگ بدنه هواپیما به صورت رزین و مواد خشک به قالب تزریق میشود و با فشار و دمای بالا در طی چند ساعت پخته میشوند. - پخت در اتوکلاو
مواد کامپوزیتی به شکل قطعات بدنه هواپیما داخل اتاقک اتوکلاو صنعتی قرار میگیرند و در دما و فشار بالا پخته میشوند.
استفاده از اتوکلاو در ساخت قطعات هواپیما
حدود 30 سال است که از اتوکلاو هایی با قطر 5 و طول 9 متر برای ساخت قطعات سبک و بادوام هواپیما استفاده میشود. برای ساخت این قطعات از مواد کامپوزیتی ترموست و ترموپلاستیک استفاده میشود که به دلیل ارزان تر بودن مواد ترموست، استفاده از آنها در ساخت هواپیما بسیار بیشتر است. این مواد در اثر گرما و فشار دچار تغییرات شیمیایی میشوند که باعث بهبود و ارتقای خواص فیزیکی آنها مثل استحکام میشود.
بدنه هواپیما طبق سخت گیرانه ترین استانداردهای ایمنی ساخته میشوند لذا ضروریست که طراح اتوکلاو به درستی معیارهای حاکم بر فرآیند پخت مواد پلیمری را در نظر بگیرد. یک دستگاه اتوکلاو ساخت قطعات کامپوزیتی هواپیما شامل قسمت های زیر میباشد:
- بدنه اتوکلاو و دیواره مخزن که باید توانایی تحمل فشار بالا را داشته باشد لذا پوسته اصلی اتوکلاو از ورق های فولادی ساخته میشود. این مخزن تحت فشار شامل یک در به شکل فلنج دندانه دار مکانیسم آب بندی و قفل سریع میباشد و در آن از واشرهایی استفاده میشود که توانایی تحمل 350 درجه دما را دارند.
- سیستم گردش هوا یا نیتروژن که برای انتقال حرارت هیتر ها به سمت قطعات و محصولات توسط پروانه نسبتا بزرگی که داخل مخزن اتوکلاو نصب شده انجام میشود.
- سیستم گرمایش اتوکلاو شامل هیترهای الکتریکی میباشد که توسط رایانه مرکزی کنترل میشود و بیشترین برق اتوکلاو را مصرف میکنند. این هیتر ها شامل المنت هایی از جنس آلیاژ نیکل، کروم و آلومینیوم هستند که با غلافی فولادی پوشانده شده اند.
- سیستم سرمایش اتوکلاو که شامل کندانسور و لوله های آب داخل مخزن میباشد و بر اساس استاندارد مبدل های حرارتی کار میکند.
- پمپ های تأمین کننده فشار که با اطمینان و دقت بالا وظیفه رساندن فشار داخل مخزن به میزان مورد نظر و در مدت زمان مشخص که در رایانه مرکزی اتوکلاو برنامه ریزی شده است را بر عهده دارند.
- پمپ های وکیوم که به منظور ایجاد شرایط خلاء، کار مکش هوا را از داخل مخزن اتوکلاو (یا کیسه خلاء) انجام میدهند.
- ریل ها و سکوهای نگهدارنده قطعات که برای راحتی حمل محصولات توسط اپراتور دستگاه در نظر گرفته شده اند.
- کنترلر مرکزی رایانه ای برای کنترل و مدیریت شرایط داخل مخزن که شامل نرم افزار و سخت افزار (مثل مانیتور و حافظه و انواع پورت های ورودی و خروجی) میباشد.
- سامانه های نظارتی الکترونیکی و سنسورهای مختلف برای آنالیز پارامترهای داخل مخزن مثل دما، رطوبت و فشار.
