Зөөврийн иж бүрдлийг тасалгааны температурт хадгалсан хэт ягаан туяанд тэсвэртэй шилэн/винил эфир эсвэл карбон файбер/эпокси препрег, батерейгаар ажилладаг хатууруулагч төхөөрөмжөөр засах боломжтой. #дотоодүйлдвэрлэлийн #дэд бүтэц
Хэт ягаан туяагаар эдгээдэг препрег нөхөөсийн засвар Хэдийгээр Custom Technologies ХХК-ийн дотоод нийлмэл гүүрэнд зориулан бүтээсэн карбон файбер/эпокси препрегийн засвар нь энгийн бөгөөд хурдан болох нь батлагдсан ч шилэн эслэгээр бэхжүүлсэн хэт ягаан туяанд хатах боломжтой винил эфирийн давирхай Prepreg ашиглах нь илүү тохиромжтой системийг бий болгосон. Зургийн эх сурвалж: Custom Technologies LLC
Модульчлагдсан гүүр нь цэргийн тактикийн ажиллагаа, логистик, байгалийн гамшгийн үед тээврийн дэд бүтцийг сэргээхэд чухал ач холбогдолтой юм. Ийм гүүрний жинг багасгахын тулд нийлмэл бүтцийг судалж, улмаар тээврийн хэрэгсэл, хөөргөх-сэргээх механизмын ачааллыг бууруулж байна. Металл гүүртэй харьцуулахад нийлмэл материал нь даацыг нэмэгдүүлэх, ашиглалтын хугацааг уртасгах чадвартай.
Нарийвчилсан модульчлагдсан нийлмэл гүүр (AMCB) нь жишээ юм. Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, US) болон Materials Sciences LLC (Horsham, PA, US) нь нүүрстөрөгчийн эслэгээр бэхжүүлсэн эпокси ламинатыг ашигладаг (Зураг 1). ) Зураг төсөл, барилга байгууламж). Гэсэн хэдий ч талбай дээр ийм байгууламжийг засварлах чадвар нь нийлмэл материалыг нэвтрүүлэхэд саад болж байсан асуудал юм.
Зураг 1 Нийлмэл гүүр, талбайн гол хөрөнгө Нарийвчилсан модуль нийлмэл гүүр (AMCB)-ийн зураг төсөл, барилгын ажлыг Seemann Composites ХХК болон Materials Sciences ХХК хамтран нүүрстөрөгчийн файберээр бэхжүүлсэн эпокси давирхайн нийлмэл материалаар хийсэн. Зургийн эх сурвалж: Seeman Composites LLC (зүүн талд), АНУ-ын арми (баруун талд).
2016 онд Custom Technologies LLC (Миллерсвилл, MD, АНУ) цэргүүд газар дээр нь амжилттай гүйцэтгэх засварын аргыг боловсруулах зорилгоор АНУ-ын армийн санхүүжилттэй Жижиг Бизнесийн Инновацийн Судалгааны (SBIR) 1-р шатны тэтгэлгийг хүлээн авсан. Энэхүү арга барилд үндэслэн 2018 онд SBIR-ийн буцалтгүй тусламжийн хоёр дахь үе шатыг шинэ материал, батарейгаар ажилладаг тоног төхөөрөмжийг харуулах зорилгоор олгосон бөгөөд засварыг шинэхэн хүн урьдчилж сургалтгүйгээр хийсэн ч бүтцийн 90% ба түүнээс дээш түүхий эдийг сэргээх боломжтой. Технологийн боломж нь хэд хэдэн дүн шинжилгээ хийх, материал сонгох, дээж үйлдвэрлэх, механик туршилт хийх, түүнчлэн жижиг болон бүрэн хэмжээний засварын ажлыг гүйцэтгэх замаар тодорхойлогддог.
SBIR-ийн хоёр үе шатны гол судлаач нь Custom Technologies ХХК-ийн үүсгэн байгуулагч, ерөнхийлөгч Майкл Берген юм. Берген Тэнгисийн цэргийн гадаргын байлдааны төвийн (NSWC) Кардерокоос тэтгэвэртээ гарч, Бүтэц, материалын хэлтэст 27 жил ажиллаж, АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн флотод нийлмэл технологи боловсруулж, хэрэглэх ажлыг удирдаж байжээ. Доктор Рожер Крейн 2011 онд АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн хүчинд халагдсаныхаа дараа 2015 онд Custom Technologies-д ажилд орсон бөгөөд 32 жил ажилласан. Түүний нийлмэл материалын туршлагад шинэ нийлмэл материал, прототип үйлдвэрлэх, холбох арга, олон үйлдэлт нийлмэл материал, бүтцийн эрүүл мэндийн хяналт, нийлмэл материалын нөхөн сэргээлт зэрэг сэдвүүдийг хамарсан техникийн нийтлэл, патентууд багтдаг.
Хоёр мэргэжилтэн Ticonderoga CG-47 ангиллын удирдлагатай пуужингийн 5456 хөлөг онгоцны хөнгөн цагааны дээд бүтцийн ан цавыг засахын тулд нийлмэл материал ашигладаг өвөрмөц процессыг боловсруулсан. "Энэ процесс нь хагарлын өсөлтийг бууруулах, 2-4 сая долларын өртөгтэй платформын самбарыг солих эдийн засгийн хувилбар болох зорилгоор боловсруулсан" гэж Берген хэлэв. "Тиймээс бид засварыг лабораторийн гадна, бодит үйлчилгээний орчинд хэрхэн хийхээ мэддэг гэдгээ нотолсон. Гэвч тулгамдсан асуудал бол одоогийн цэргийн баазын аргууд нь тийм ч амжилттай биш байгаа явдал юм. Барилгатай дуплекс засвар [үндсэндээ эвдэрсэн хэсэгт самбар нааж, дээд талд нь самбар наах] эсвэл агуулахын түвшний (D түвшний) засварын хувьд эд хөрөнгийг үйлчилгээнээс хасах. Учир нь D түвшний засвар хийх шаардлагатай байдаг."
Цаашлаад иж бүрдэл, засвар үйлчилгээний гарын авлагыг ашиглан нийлмэл материалаар ямар ч туршлагагүй цэргүүд хийж болох арга хэрэгтэй гэж тэрээр цааш нь хэлэв. Бидний зорилго бол үйл явцыг хялбаршуулах явдал юм: гарын авлагыг уншиж, эвдрэлийг үнэлж, засвар хийх. Бид шингэн давирхайг холихыг хүсэхгүй байна, учир нь энэ нь бүрэн эдгэрэлтийг баталгаажуулахын тулд нарийн хэмжилт хийх шаардлагатай байдаг. Мөн засвар дууссаны дараа аюултай хог хаягдалгүй систем хэрэгтэй. Мөн энэ нь одоо байгаа сүлжээгээр байрлуулж болох иж бүрдэл хэлбэрээр савлагдсан байх ёстой. ”
Custom Technologies-ийн амжилттай харуулсан нэг шийдэл бол эвдрэлийн хэмжээгээр (12 квадрат инч хүртэл) наалдамхай нийлмэл нөхөөсийг тохируулахын тулд хатууруулсан эпокси цавуу ашигладаг зөөврийн хэрэгсэл юм. Үзүүлэнг 3 инчийн зузаантай AMCB тавцанг төлөөлсөн нийлмэл материал дээр хийж дуусгасан. Энэхүү нийлмэл материал нь 3 инчийн зузаантай бальза модны голтой (нэг шоо фут нягтралд 15 фунт) ба Vectorply (Финикс, Аризона, АНУ) C -LT 1100 карбон файбер 0°/90° хоёр тэнхлэгт оёдол бүхий даавуу, нэг давхарга C-TLX 1900 нүүрстөрөгчийн файберын нэг давхарга, 3 давхар 5°+ карбон файбер504/. C-LT 1100, нийт таван давхарга. "Бид уг иж бүрдэл нь олон тэнхлэгтэй төстэй бараг изотроп ламинатад угсармал нөхөөсийг ашиглахаар шийдсэн бөгөөд ингэснээр даавууны чиглэлд асуудал гарахгүй" гэж Кран хэлэв.
Дараагийн асуудал бол ламинатыг засахад ашигладаг давирхайн матриц юм. Шингэн давирхайг холихгүйн тулд наалт нь препрег хэрэглэнэ. "Гэсэн хэдий ч эдгээр сорилтууд нь хадгалалт юм" гэж Берген тайлбарлав. Хадгалах нөхөөсийн шийдлийг боловсруулахын тулд Custom Technologies нь Sunrez Corp (Эл Кажон, Калифорниа, АНУ)-тай хамтран зургаан минутын дотор хэт ягаан туяаг (хэт ягаан туяа) ашиглах боломжтой шилэн шилэн/винил эфирийн бэлдмэлийг бүтээжээ. Мөн шинэ уян хатан эпокси хальс ашиглахыг санал болгосон Gougeon Brothers (АНУ, Мичиган, Бэй Сити) компанитай хамтран ажилласан.
Эрт судалгаагаар эпокси давирхай нь карбон файберт хамгийн тохиромжтой давирхай болохыг харуулж байна- Хэт ягаан туяанд эдгээдэг винил эфир ба тунгалаг шилэн эслэг нь сайн ажилладаг боловч гэрлийг блоклох нүүрстөрөгчийн шилэнд хатуурдаггүй. Gougeon Brothers-ийн шинэ хальсан дээр үндэслэсэн эцсийн эпокси препрег нь 210°F/99°C-т 1 цагийн турш хатдаг бөгөөд өрөөний температурт удаан хадгалагддаг ба бага температурт хадгалах шаардлагагүй. Хэрэв шилэн шилжилтийн өндөр температур (Tg) шаардлагатай бол давирхайг 350°F/177°C гэх мэт өндөр температурт хатууруулна гэж Берген хэлэв. Хоёр бэлтгэлийн бэлдмэлийг зөөврийн засварын иж бүрдэлд хуванцар хальсан дугтуйнд битүүмжилсэн овоолго хэлбэрээр нийлүүлдэг.
Засварын иж бүрдэл нь удаан хугацаанд хадгалагдаж болзошгүй тул Custom Technologies нь хадгалах хугацааны судалгаа хийх шаардлагатай. "Бид тээврийн хэрэгсэлд ашигладаг ердийн цэргийн төрөл болох дөрвөн хатуу хуванцар хайрцаг худалдаж аваад, эпокси цавуу болон винил эфирийн дээжийг хашлага болгонд хийсэн" гэж Берген хэлэв. Дараа нь хайрцгуудыг Мичиган дахь Gougeon Brothers үйлдвэрийн дээвэр, Мэрилэндийн нисэх онгоцны буудлын дээвэр, Юкка хөндийд (Калифорниа цөл) гаднах байгууламж, Флоридагийн өмнөд хэсэгт байрлах зэврэлтээс хамгаалах гадаа туршилтын лаборатори гэсэн дөрвөн өөр газарт байрлуулсан. Бүх тохиолдлуудад мэдээлэл бүртгэгч байдаг гэж Берген онцолж, "Бид гурван сар тутамд мэдээлэл, материалын дээж авч үнэлгээ авдаг. Флорида, Калифорни дахь хайрцганд бүртгэгдсэн хамгийн дээд температур нь 140°F бөгөөд энэ нь ихэнх нөхөн сэргээлтийн давирхайд сайн байдаг. Энэ бол үнэхээр сорилт юм." Нэмж дурдахад, Gougeon Brothers шинээр боловсруулсан цэвэр эпокси давирхайг дотооддоо туршиж үзсэн. "Хэдэн сарын турш 120°F-т зууханд хийсэн дээжүүд полимержиж эхэлдэг" гэж Берген хэлэв. "Гэсэн хэдий ч 110°F температурт хадгалсан холбогдох дээжийн хувьд давирхайн химийн найрлага бага хэмжээгээр сайжирсан."
Засварыг туршилтын самбар болон Seemann Composites-ийн барьсан анхны гүүртэй ижил ламинат болон үндсэн материалыг ашигласан AMCB-ийн масштабтай загвар дээр баталгаажуулсан. Зургийн эх сурвалж: Custom Technologies LLC
Засварын техникийг харуулахын тулд төлөөлөгч ламинатыг үйлдвэрлэх, гэмтээж, засах шаардлагатай. "Төслийн эхний үе шатанд бид засварын үйл явцын техник эдийн засгийн үндэслэлийг үнэлэхийн тулд 4 x 48 инчийн жижиг оврын цацраг, дөрвөн цэгийн гулзайлтын туршилтыг ашигласан" гэж Клейн хэлэв. "Дараа нь бид төслийн хоёр дахь шатанд 12 х 48 инчийн хавтангуудад шилжиж, эвдрэл үүсгэхийн тулд хоёр тэнхлэгт стрессийн төлөвийг бий болгохын тулд ачаалал өгч, дараа нь засварын гүйцэтгэлийг үнэлэв. Хоёр дахь шатанд бид засвар үйлчилгээ хийсэн AMCB загварыг дуусгасан."
Берген засварын гүйцэтгэлийг нотлоход ашигласан туршилтын самбарыг Seemann Composites компанийн үйлдвэрлэсэн AMCB-тэй ижил төрлийн ламинатан болон үндсэн материал ашиглан үйлдвэрлэсэн гэж "Гэхдээ бид параллель тэнхлэгийн теорем дээр үндэслэн хавтангийн зузааныг 0,375 инчээс 0,175 инч болгон бууруулсан. Энэ нь тийм юм. Энэ аргыг ламинат болон сонгодог холболтын нэмэлт элементүүдийн хамт ашигласан. Инерцийн момент ба бүрэн хэмжээний AMCB-ийн үр дүнтэй хөшүүн чанар нь ажиллахад хялбар, илүү хэмнэлттэй жижиг хэмжээтэй үзүүлэн бүтээгдэхүүн юм. Дараа нь бид бүтцийн засварын дизайныг сайжруулахын тулд XCraft Inc. (Бостон, Массачусетс, АНУ)-аас боловсруулсан хязгаарлагдмал элементийн шинжилгээний [FEA] загварыг ашигласан. Туршилтын хавтан болон AMCB загварт ашигласан карбон файбер даавууг Vectorply-ээс худалдаж авсан бөгөөд бальса цөмийг Core Composites (Bristol, RI, US) компаниас хийсэн.
Алхам 1. Энэхүү туршилтын самбар нь төв хэсэгт тэмдэглэгдсэн гэмтлийг дуурайж, тойргийг засахын тулд 3 инчийн нүхний диаметрийг харуулж байна. Бүх үе шатуудын зургийн эх сурвалж: Custom Technologies LLC.
Алхам 2. Зайгаар ажилладаг гар нунтаглагч ашиглан эвдэрсэн материалыг зайлуулж, засварын нөхөөсийг 12: 1 конустай хавсаргана.
"Бид туршилтын самбар дээрх талбай дээрх гүүрний тавцан дээр харагдахаас илүү их хэмжээний хохирлыг дуураймаар байна" гэж Берген тайлбарлав. "Тиймээс бидний арга бол 3 инчийн диаметртэй нүх гаргахын тулд цооног хөрөө ашиглах явдал юм. Дараа нь бид гэмтсэн материалын залгуурыг сугалж, гар хийн нунтаглагч ашиглан 12:1 ороолтыг боловсруулдаг."
Карбон файбер/эпокси засварын хувьд "гэмтсэн" хавтангийн материалыг зайлуулж, зохих ороолт зүүж дууссаны дараа препрегийг гэмтсэн хэсгийн шовгортой тааруулж өргөн, уртаар нь зүснэ гэж Кран тайлбарлав. "Манай туршилтын хавтангийн хувьд засварын материалыг анхны гэмтэлгүй нүүрстөрөгчийн хавтангийн дээд хэсэгтэй нийцүүлэхийн тулд дөрвөн давхар урьдчилан бэлтгэсэн материал шаардлагатай. Үүний дараа нүүрстөрөгч/эпокси препрегийн гурван давхаргыг засварласан хэсэгт төвлөрүүлдэг. Дараалсан давхарга бүр нь доод давхаргын бүх талаас 1 инч урттай байдаг бөгөөд энэ нь "засварын талбайгаас" ачааллыг "засварын талбайгаас" аажмаар шилжүүлэх боломжийг олгодог. Энэ засварыг хийх нийт хугацаа, үүнд засварын талбайг бэлтгэх, нөхөн сэргээх материалыг огтлох, байрлуулах, хатууруулах процедурыг хийх - ойролцоогоор 2.5 цаг.
Нүүрстөрөгчийн файбер/эпокси препрегийн хувьд засварын талбайг вакуумаар савлаж, батерейгаар ажилладаг дулааны наалт ашиглан 210°F/99°C-т нэг цагийн турш хатаана.
Хэдийгээр нүүрстөрөгч/эпокси засварлах нь энгийн бөгөөд хурдан боловч гүйцэтгэлийг сэргээхэд илүү тохиромжтой шийдэл хэрэгтэйг багийнхан хүлээн зөвшөөрсөн. Энэ нь хэт ягаан туяаны (хэт ягаан туяа) эдгээх бэлдмэлийг судлахад хүргэсэн. "Sunrez винил эфирийн давирхайг сонирхож байгаа нь тус компанийн үүсгэн байгуулагч Марк Ливсейтэй хийсэн тэнгисийн цэргийн туршлага дээр үндэслэсэн" гэж Берген тайлбарлав. "Бид эхлээд Sunrez-д винил эфирийн препрегийг ашиглан хагас изотроп шилэн даавууг нийлүүлж, янз бүрийн нөхцөлд хатах муруйг үнэлэв. Үүнээс гадна винил эфир давирхай нь эпокси давирхайтай адилгүй бөгөөд энэ нь тохиромжтой хоёрдогч наалдамхай чанарыг хангадаг тул янз бүрийн наалдамхай давхаргыг хэрэглэхэд тохиромжтой болохыг тодорхойлохын тулд нэмэлт хүчин чармайлт гаргах шаардлагатай байна."
Өөр нэг асуудал бол шилэн утас нь нүүрстөрөгчийн утастай ижил механик шинж чанарыг хангаж чадахгүй байгаа явдал юм. "Нүүрстөрөгч / эпокси нөхөөстэй харьцуулахад энэ асуудлыг шилэн / винил эфирийн нэмэлт давхарга ашиглан шийддэг" гэж Кран хэлэв. "Зөвхөн нэг давхарга хэрэгтэй байгаа шалтгаан нь шилэн материал нь илүү хүнд даавуу юм." Энэ нь маш хүйтэн/хөлдөөсөн талбайн температурт ч зургаан минутын дотор түрхэж, нэгтгэх боломжтой тохиромжтой нөхөөсийг бий болгодог. Дулаан өгөхгүйгээр хатууруулах. Энэхүү засварын ажлыг нэг цагийн дотор хийж болно гэдгийг Кран онцоллоо.
Хоёр нөхөөсийн системийг үзүүлж, туршсан. Засвар бүрийн хувьд эвдэрч гэмтэх газрыг тэмдэглэж (алхам 1), нүхний хөрөө ашиглан үүсгэж, дараа нь зайгаар ажилладаг гарын авлагын бутлуурын тусламжтайгаар устгана (алхам 2). Дараа нь зассан хэсгийг 12: 1-ийн конус болгон таслана. Ороолтны гадаргууг архины дэвсгэрээр цэвэрлэ (3-р алхам). Дараа нь засварын нөхөөсийг тодорхой хэмжээгээр хайчилж, цэвэрлэсэн гадаргуу дээр байрлуулж (4-р алхам) агаарын бөмбөлгийг арилгахын тулд галзуугаар нэгтгэнэ. Шилэн шилэн/хэт ягаан туяаны винил эфирийн препрегийн хувьд суллах давхаргыг зассан хэсэгт байрлуулж, наалтыг утасгүй хэт ягаан туяаны чийдэнгээр зургаан минутын турш хатаана (алхам 5). Нүүрстөрөгчийн файбер/эпокси препрегийн хувьд урьдчилан програмчлагдсан, нэг товчлууртай, батарейгаар ажилладаг дулааны бэхэлгээг ашиглан вакуум соруулж, зассан хэсгийг 210°F/99°C-т нэг цагийн турш хатаана.
Алхам 5. Зассан хэсэгт хальслах давхаргыг тавьсны дараа утасгүй хэт ягаан туяаны чийдэнг ашиглан наалтыг 6 минутын турш хатаана.
"Дараа нь бид нөхөөсийн наалдамхай чанар, бүтцийн даацыг сэргээх чадварыг үнэлэх туршилт хийсэн" гэж Берген хэлэв. "Эхний шатанд бид хэрэглэхэд хялбар, хүч чадлын 75%-иас доошгүй хувийг сэргээх чадвартайг нотлох хэрэгтэй. Үүнийг загварчилсан гэмтлийг зассаны дараа 4 x 48 инчийн карбон файбер/эпокси давирхай болон бальза голын цацрагийг дөрвөн цэгээр нугалах замаар хийдэг. Тиймээ. Төслийн хоёр дахь үе шатанд 12 x 48 инчийн бат бэхийн цогцолборыг ашигласан бөгөөд 9% -иас их хүч чадлын цогцолборыг ашиглах ёстой. Бид эдгээр бүх шаардлагыг хангасан бөгөөд дараа нь хээрийн технологи, тоног төхөөрөмжийг хэрхэн ашиглах талаар AMCB загвар дээр дүрсэлсэн.
Төслийн гол тал бол шинэхэн хүмүүс засварыг хялбархан хийж чадна гэдгийг батлах явдал юм. Энэ шалтгааны улмаас Бергенд нэг санаа төрсөн: "Би арми дахь техникийн хоёр холбоотон болох доктор Бернард Сиа, Эшли Женна нарт үзүүлэхээ амласан. Төслийн эхний үе шатны эцсийн дүгнэлтийг хийхдээ би засвар хийхгүй байхыг хүссэн. Туршлагатай Эшли засвар хийсэн. Бидний өгсөн иж бүрдэл, гарын авлагыг ашиглан тэр нөхөөсийг нааж, засварыг ямар ч асуудалгүйгээр дуусгасан."
Зураг 2 Батерейгаар ажилладаг хатууруулах урьдчилан програмчлагдсан, батарейгаар ажилладаг дулааны холболтын машин нь засварын мэдлэг, эдгээх циклийн програмчлалгүйгээр нэг товчлуур дарахад л нүүрстөрөгчийн файбер/эпокси засварын нөхөөсийг эмчлэх боломжтой. Зургийн эх сурвалж: Custom Technologies, LLC
Өөр нэг гол хөгжил бол батерейгаар ажилладаг хатууруулах систем юм (Зураг 2). "Хөлийн талбайн засвар үйлчилгээ хийснээр та зөвхөн батарейгаар ажилладаг" гэж Берген онцолжээ. "Бидний боловсруулсан засварын иж бүрдэл дэх бүх технологийн тоног төхөөрөмж нь утасгүй юм." Үүнд Custom Technologies болон дулааны холболтын машин нийлүүлэгч WichiTech Industries Inc. (Рандаллстаун, Мэрилэнд, АНУ) машин хамтран боловсруулсан батерейгаар ажилладаг дулааны холболт орно. "Батерейгаар ажилладаг энэхүү дулааны холбогч нь бүрэн хатах зорилгоор урьдчилан програмчлагдсан тул шинэхэн хүмүүст хатах циклийг програмчлах шаардлагагүй" гэж Кран хэлэв. "Тэд зөв налууг дуусгахын тулд товчлуур дарахад л хангалттай." Одоо ашиглагдаж байгаа батерейнууд нь нэг жилийн турш цэнэглэгдэх боломжтой.
Төслийн хоёр дахь үе шат дууссаны дараа Custom Technologies нь дараагийн сайжруулах саналуудыг бэлтгэж, сонирхол, дэмжлэгийн захидал цуглуулж байна. "Бидний зорилго бол энэ технологийг TRL 8 хүртэл боловсронгуй болгож, талбайд гаргах явдал юм" гэж Берген хэлэв. "Бид мөн цэргийн бус хэрэглээг ашиглах боломжтой гэж харж байна."
Салбарын анхны шилэн арматурын ард байгаа хуучин урлагийг тайлбарлаж, шинэ шилэн шинжлэх ухаан, ирээдүйн хөгжлийн талаар гүнзгий ойлголттой болсон.
Удахгүй гарах бөгөөд анх удаа нисч байгаа 787 нь зорилгодоо хүрэхийн тулд нийлмэл материал, процессын шинэчлэлд тулгуурладаг.
Шуудангийн цаг: 2021 оны 9-р сарын 02-ны өдөр