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 туяанд эдгээх боломжтой препрег нөхөөсийн засвар Хэдийгээр Custom Technologies ХХК-ийн дотоод нийлмэл гүүрэнд зориулан бүтээсэн карбон файбер/эпокси препрег засвар нь энгийн бөгөөд хурдан болох нь батлагдсан ч шилэн эслэгээр бэхжүүлсэн хэт ягаан туяанд тэсвэртэй винил эфирийн давирхайг Prepreg ашиглах нь илүү тохиромжтой системийг бий болгосон. .Зургийн эх сурвалж: Custom Technologies LLC
Модульчлагдсан гүүр нь цэргийн тактикийн ажиллагаа, логистикийн чухал хөрөнгө, мөн 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 2-р үе шатыг шинэ материал, батарейгаар ажилладаг тоног төхөөрөмжийг танилцуулах зорилгоор олгосон бөгөөд засварыг шинэхэн хүн урьдчилж сургалтгүйгээр хийсэн ч бүтцийн 90% ба түүнээс дээш түүхий эдийг сэргээх боломжтой. хүч чадал.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 нь 2011 онд АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн хүчинд халагдсаныхаа дараа 2015 онд Custom Technologies-д ажилд орсон бөгөөд 32 жил ажилласан.Түүний нийлмэл материалын туршлага нь шинэ нийлмэл материал, прототип үйлдвэрлэх, холбох арга, олон үйлдэлт нийлмэл материал, бүтцийн эрүүл мэндийн хяналт, нийлмэл материалын нөхөн сэргээлт зэрэг сэдвүүдийг хамарсан техникийн нийтлэл, патентыг багтаасан болно.
Хоёр мэргэжилтэн Ticonderoga CG-47 ангиллын удирдлагатай пуужингийн 5456 хөлөг онгоцны хөнгөн цагааны дээд бүтцийн ан цавыг нийлмэл материалаар засдаг өвөрмөц процесс боловсруулжээ. платформын самбарыг солиход 2-4 сая долларын үнэтэй" гэж Берген хэлэв.“Тиймээс бид лабораториос гадуур, бодит үйлчилгээний орчинд засвар хэрхэн хийхээ мэддэг гэдгээ нотолсон.Гэвч сорилт нь одоогийн цэргийн хүчний аргууд тийм ч амжилттай биш байгаа явдал юм.Сонголт нь давхар давхар засах [үндсэндээ эвдэрсэн хэсэгт самбарыг дээд талд нь наах] эсвэл агуулахын түвшний (D түвшний) засварын зориулалтаар эд хөрөнгийг үйлчилгээнээс хасах.D зэрэглэлийн засвар хийх шаардлагатай учраас олон хөрөнгийг хойш нь тавьдаг” гэв.
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.Нийлмэл материал нь 3 инчийн зузаантай бальза модны гол (нэг шоо фут нягтрал 15 фунт) ба Vectorply (Финикс, Аризона, АНУ) C -LT 1100 карбон файбер 0°/90° хоёр тэнхлэгт оёдол бүхий хоёр давхаргатай, нэг давхарга C-TLX 1900 карбон файбер 0°/+45°/-45° гурван босоо ам, хоёр давхар 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 нүүрстөрөгчийн шилэнд хамгийн тохиромжтой давирхай болохыг харуулж байна- Хэт ягаан туяанд хатдаг винил эфир ба тунгалаг шилэн эслэг нь сайн ажилладаг боловч гэрлийг блоклодог 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 онцлон тэмдэглэв, "Бид гурван сар тутамд мэдээлэл, материалын дээж авч үнэлгээ авдаг.Флорида, Калифорни дахь хайрцганд бүртгэгдсэн хамгийн дээд температур нь 140 ° F байдаг бөгөөд энэ нь ихэнх нөхөн сэргээх давирхайд тохиромжтой.Энэ бол жинхэнэ 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 хавтан руу шилжиж, эвдрэл үүсгэхийн тулд хоёр тэнхлэгт стрессийн төлөвийг бий болгохын тулд ачаалал өгч, дараа нь засварын гүйцэтгэлийг үнэлэв.Хоёр дахь үе шатанд бид засвар үйлчилгээ хийсэн AMCB загварыг мөн дуусгасан."
Берген засварын гүйцэтгэлийг нотлоход ашигласан туршилтын самбарыг Seemann Composites компанийн үйлдвэрлэсэн AMCB-тай ижил төрлийн ламинат болон үндсэн материал ашиглан үйлдвэрлэсэн гэж хэлсэн боловч бид зэрэгцээ тэнхлэгийн теорем дээр үндэслэн хавтангийн зузааныг 0.375 инчээс 0.175 инч болгон бууруулсан. .Ийм л байна.Энэ аргыг цацрагийн онол ба сонгодог ламинатан онолын [CLT] нэмэлт элементүүдийн хамт бүрэн хэмжээний AMCB-ийн инерцийн момент ба үр дүнтэй хөшүүн чанарыг зохицуулахад хялбар, жижиг хэмжээтэй демо бүтээгдэхүүнтэй холбоход ашигласан. зардал багатай.Дараа нь бид XCraft Inc.-ийн (Бостон, Массачусетс, АНУ) боловсруулсан хязгаарлагдмал элементийн анализ [FEA] загварыг бүтцийн засварын дизайныг сайжруулахад 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 нүхний хөрөө ашиглах явдал юм.Дараа нь бид гэмтсэн материалын залгуурыг сугалж аваад гар хийцийн нунтаглагчаар 12:1 харьцаатай 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 самбарын хувьд засварын материалыг анхны гэмтээгүй нүүрстөрөгчийн хавтангийн дээд хэсэгт нийцүүлэхийн тулд дөрвөн давхаргаар бэлтгэх шаардлагатай.Үүний дараа нүүрстөрөгч/эпокси препрегийн гурван давхаргыг засварласан хэсэгт төвлөрүүлнэ.Дараалсан давхарга бүр нь доод давхаргын бүх тал дээр 1 инч үргэлжилдэг бөгөөд энэ нь "сайн" орчмын материалаас засвар хийсэн хэсэг рүү аажмаар ачааллыг 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 холбогч 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 бараг изотроп шилэн даавуугаар хангаж, янз бүрийн нөхцөлд хатах муруйг үнэлэв.Нэмж дурдахад винил эфирийн давирхай нь эпокси давирхайтай адилгүй бөгөөд хоёрдогч наалдамхай чанарыг хангадаг тул янз бүрийн наалдамхай давхаргыг холбогч бодисуудыг үнэлж, аль нь хэрэглэхэд тохиромжтойг тодорхойлоход нэмэлт хүчин чармайлт шаардагдана."
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 туяагаар хатуурдаг 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-аас доошгүй хувийг сэргээх чадварыг батлах хэрэгтэй.Энэ нь 4 х 48 инчийн карбон файбер/эпокси давирхай болон бальза голын цацраг дээр дөрвөн цэгийн нугалж, эвдрэлийг зассаны дараа хийгддэг.Тиймээ.Төслийн хоёр дахь үе шатанд 12 x 48 инчийн хавтанг ашигласан бөгөөд нарийн төвөгтэй ачааллын үед 90% -иас дээш бат бэхийн шаардлагыг харуулах ёстой.Бид эдгээр бүх шаардлагыг хангаж, дараа нь AMCB загвар дээр засварын аргуудын зургийг авсан.Харааны лавлагаа болгохын тулд талбайн технологи, тоног төхөөрөмжийг хэрхэн ашиглах вэ?
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 Генна нарт үзүүлэхээ амласан.Төслийн эхний шатны эцсийн дүгнэлтэд би засвар хийхгүй байхыг хүссэн.Туршлагатай Эшли засвар хийсэн.Бидний өгсөн иж бүрдэл, гарын авлагыг ашиглан тэр нөхөөсийг нааж, ямар ч асуудалгүйгээр засварыг 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