Materiaalit: kevyys kuormituspolulla
Rakettirunkoja kevennetään grammoilla, koska kiertoradan hyötykuormasuhde sitä vaatii. Silloinkin ilmailurakenteet noudattavat yhtä ehdotonta sääntöä: taivutuskuormia ei koskaan saa kohdistaa ohueen pintaan, joka on tarkoitettu vain leikkausvoimille, eikä eri materiaaleja saa liittää toisiinsa ottamatta huomioon väsymistä ja korroosiota.
Poikkipinnan toinen momentti voittaa esitteiden tiheyden
Pienessä työpajassa rakentajat tarttuvat usein liian aikaisin kudottuun hiilikuitukankaaseen painonsäästön toivossa, mutta lopulta he käyttävät raskaita hartsilammikoita, jotka painavat enemmän kuin ohutseinäinen teräs. Taivutusjäykkyys kasvaa putken halkaisijan kuutiossa (poikkipinnan toinen momentti, I). Siksi Reynoldsin tai Columbuksen 34,9 mm kaksoiskartiomainen 4130-kromimolybdeeniteräsputki (seinämät 0,8–0,5–0,8 mm) kestää polkemisen vääntöä erinomaisesti ja sietää samalla puristuskuormia sekä työpajan juottamista.
Ilmailusta on kotirakentamisessa todellista hyötyä jännitetyissä puolimonokokkimaisissa kuorissa ja sandwich-paneeleissa. De Havilland Mosquitosta ja klassisesta purjelentokoneen rakenteesta lainattuna 1,5 mm suomalainen koivu-lentokonevaneri tai aramidihunajakennoydin estävät paneelin lommahtamisen laajoilla kuoren kaarteilla murto-osalla kiinteän laminaatin massasta.
Kun 2,2 mm paksuisen kiinteän lasi-polyesterikuoren korvaa 1,0 mm lasi/vaahto/lasi-sandwich-laminaatilla, kuoren massa pienenee 42 % ja paneelin taipumisvastus kaksinkertaistuu.
300 mm x 300 mm koekappale, joka oli tuettu reunoilta ja jonka keskelle asetettiin 5 kg:n messinkipaino, taipui 1,8 mm. Raskaamman kiinteän yksikerroksisen koekappaleen taipuma oli 7,4 mm.
Materiaaliominaisuudet ja työpajakäytännöllisyyden taulukko
Kun prototyyppejä valmistetaan ilman teollisia autoklaaveja tai liuoslämpökäsittelyuuneja, sillä on paljon suurempi merkitys kuin laboratoriotietolehden lopullisella vetolujuudella, miten materiaali reagoi tavallisiin työpajatyökaluihin ja kuinka selvästi se varoittaa ennen murtumista.
| Materiaali | Kimmomoduuli (GPa) | Myötö- / käytettävä lujuus (MPa) | Väsymisraja | Soveltuvuus työpajaan |
|---|---|---|---|---|
| 4130 kromimolybdeeniteräs (normalisoitu) | 205 | ~460 | Todellinen väsymisraja alle ~50 % UTS:stä | Ihanteellinen päärungoille, apurungoille ja juotetuille kiinnikkeille |
| 6061-T6 alumiinilevy / -putki | 69 | ~240 (laskee ~40 %, jos hitsataan ilman uudelleenvanhennusta) | Ei väsymislattiaa; jaksot kertyvät | Parhaiten niitattu tai liimattu kuorilevyihin ja tukiin |
| 3Al-2.5V titaani | 105 | ~620 | Hyvä väsymis- ja korroosionkestävyys | Vaatii argonsuojakammion; ei anna anteeksi happisaastumista |
| UD-hiilikuitu / epoksi (käsin tyhjiöpussitettu) | 110–135 (kuidun suuntaan) | ~800–1100 (anisotrooppinen) | Erinomainen vedossa; herkkä poikittaiselle puristukselle | Vaatii irrotuskankaan, tyhjiöpussituksen ja lasikuituesteen seosta vasten olevan kerroksen |
| Aaltoileva polypropeeni (Correx) | 1.4 | Vain ei-kantava kuori | Hyvä taipumiskestävyys; UV-säteily heikentää vuosien kuluessa | Voittamaton nopea prototyyppikuori aerodynaamisiin lankatesteihin |
Galvaanisen korroosion ja jännityskeskittymien välttäminen
Yksi hiljaisimmista rakenteellisista vaaroista komposiitti- ja metallirakenteisissa kotitekoisissa polkupyörissä on galvaaninen kytkeytyminen. Hiilikuitu johtaa sähköä grafiittisten filamenttiensa suuntaan ja sijoittuu galvaanisessa sarjassa lähelle jalometalleja, kun taas alumiiniseokset ovat kaukana anodisessa päässä. Paljaan hiilikuidun liimaaminen suoraan alumiiniseen takahaarukkaan tai kuoritukeen ja sen jälkeen kosteassa talviajossa ajaminen muuttaa liitoksen paristoksi, joka liuottaa alumiinin valkoiseksi jauheeksi.
Ilmailu- ja merialan rakentajat estävät tämän helposti: yhdistä aina yksi ohut 100 g/m² E-lasikangaskerros hiilikuitulaminaattien ja alumiinikiinnikkeiden väliin samassa kovettamisvaiheessa, ylläpidä hallittu 0,15–0,25 mm liimasauma käyttämällä lasimikropalloista valmistettuja välikkeitä sitkeytetyssä rakenteellisessa epoksissa (esim. 3M DP420 tai West System G/flex) ja kavenna hylsyjen päät 30 asteen kulmaan, jotta jäykkyys ei muutu äkillisesti.
Rakenteellinen tarkastus ja kolikkokoputusrutiini
- ISO 4210 -ajattelutapa: älä koskaan poraa alavanteiden, ohjaustankojen tai haarukoiden vetävien tai puristuvien laippojen (ylä- tai alapuolen) läpi johtojen reitittämiseksi tai nokkakartioiden kiinnittämiseksi.
- Akustinen kolikkokoputustesti: koputa liimattuja komposiittiliitoksia kerran kuukaudessa messinkialuslevyllä; kirkas metallinen naksahdus kertoo kiinteästä tarttumisesta, kun taas tylsä jysähdys merkitsee kerrostumista.
- Väriaine- ja valkomaalitarkastukset: viimeistele suuren rasituksen teräsjuotoskiinnikkeet vaalealla satiinimaalilla, jotta pinnoitteen hiushalkeamat paljastavat heti alla olevan myötörajan.
- Kiinnikkeiden eristys: päällystä alumiinitappeihin kiertyvät ruostumattomat pultit meriteollisuuden lanoliinirasvalla tai Tef-Gelillä, jotta estät kiinnijuuttumisen ja sähkökemiallisen juuttumisen.
