Lennukite materjalid (0)

 
 
 
 
 
Karl Sepp 
MATERJALID LENNUKIEHITUSES 
Õppeaines: Tehnomaterjalid  
 
Transporditeaduskond 
Õpperühm: AT 31b 
Juhendaja : A. Koitmäe 
 
 
Esitamiskuupäev:……………. 
Allkiri :………………………. 
 
 
 
 
Tallinn 2014 
 
 
 
 
SISUKORD 
Sissejuhatus ...................................................................................................................................... 3 
1.  Puit  lennukid  ...........................................................................  Error ! Bookmark not defined. 
2.  Metallidest lennukid .................................................................................................................. 5 
2.1 
Alumiinium  ........................................................................................................................ 5 
2.2 
Teras ................................................................................................................................... 6 
2.3 
Titaanium  ........................................................................................................................... 7 
3.  Komposiitmaterjalidest lennukid .............................................................................................. 8 
Kokkuvõte ........................................................................................................................................ 9 
Viidatud allikad .............................................................................................................................. 10 
2 
 
 
 
SISSEJUHATUS 
 
Esimese lennuvõimelise jõuallikaga lennuki ehitasid  vennad Wrightid 1903. aastal. Sellega algas 
lennundusajalugu. Esialgu toodeti lennukid puidust ja nüüdseks on materjalid läinud väga 
kõrgtehnoloogiliseks. Kandevkonstruktsiooni ehitusmaterjali järgi jaotuvad lennukid puit-, metall -, 
komposiit - ja segakonstruktsiooniga lennukiteks. Metall-lennukid valmistatakse peamiselt 
kergmetallide alumiiniumi ja titaani sulamitest. Komposiitkonstruktsiooniga lennuk on 
valmistatud polümeervaikudega immutatud klaas-,süsinik-,  kevlar - või muude kiudude baasil 
vormitud komposiidist. 
 
3 
 
 
 
1  PUIT-LENNUKID 
 
Puidust  valmistatakse  lennukeid,  kuna  puit  on  väga  hasti  kättesaadav  nii  hinna  kui  ka  levimise 
poolest.  Puitu  on  väga  lihtne  töödelda  võrreldes  metallide  ja  komposiitmaterjalidega.  Puit  säilib 
õigesti  hooldades  paremini  kui  teras.  Lennuki  parandustöid  on  puidu  korral  võimalik  teha  ilma 
spetsiaalsete  agregaatideta.  Peamised  vanemad  isevalmistatud  puitlennukid  on  tehtud  okuumea 
puust  mille  tihedus  on  vahemikus  400  kuni  450  kg/m3.  Hilisemalt  on  hakatud  kasutama  kasepuu 
vineeri     mille  tihedus  on  575  kuni  640  kg/m3.  Ameerikas  on  levinud  männi  ja  kuuse  kasutamine, 
kuna  on  võimalik  saada  suhteliselt  suure  läbimõõduga  palke. Kask   on  küll  raskem  kui  okuumea, 
kuid on samas palju tugevam. Tänapäeval tehakse ainult hobilennukeid puidust. 
 
                                                            Foto 1 Kasevineerist lennuk 
4 
 
 
 
2  METALL- LENNUKID 
2.1 
Alumiinium  
Alumiiniumi sulameidkasutatakse lennunduses eelkõige oma tugevuse ja kaalu suhte pärast. Kuna 
puhas alumiinium on liiga pehme et sellest lennukeid toota, kasutatakse alumiiniumi sulameid . 
Alumiiniumi  elastsus  on 70 Gpa-d, mis on umbes 1/3 enamike teraste ja terase sulamite elastsus. 
Ehk siis mingi kindla j õu tulemusel omandab alumiiniumist detail suuremat plastilist 
deformatsiooni kui identne  terasest detail. Kuigi on ka tugevamaid alumiiniumi sulameid, võib 
tekkida probleeme kui terasest detail välja vahetada alumiiniumdetaili vastu. 
Kui uut lennukit hakatakse projekteerima, siis üldiselt on disain kinni tootmisvõimaluste taga. 
Alumiiniumdetaile on märksa lihtsam töödelda. Näiteks Al–Mg–Si sulamit on väga lihtne pressida 
soovitud kuju saavutamiseks. 
 
   Foto 2 Alumiiniumkerega lennuk 
Alumiiniumi üheks suurimaks miinuseks on tema  väsimustugevus terase suhtes. Terasel on kindel 
väsimuspiir, millest allpool ei juhtu terasega mittemidagi. Alumiiniumil see piir puudub ja jääb 
nõrgenema välisjõudude mõjul. Selletõttu on alumiiniumdetailid kasutusel kohtades mis ei vaja 
kõrget vastupanu suurele väsimustugevusele. 
 
5 
 
 
 
Enimlevinud 6 alumiiniumsulamit mida kasutatakse lennukite ehituses 
7068  Tugevaim tavakasutuses olev Al sulam . Tõmbetugevus on 710Mpa-d. Üldine kasutus on 
lennundus ja autotööstus 
7075  Suure tsingisisaldusega sulam. Hea väsimustugevus aga väiksem korrosioonikindlus .  
6061  Sisaldab põhiliste elementidena magneesiumi ja silikoni. Head mehhaanilised omadused ja 
hea  keevitatavus . Üks kõige levinum Al sulam tavakasutuses 
6063  Sisaldab põhiliste elementidena magneesiumi ja silikoni. Head mehhaanilised omadused, 
võimalik kuumtöötlust hõlpsalt teha. Üldiselt kasutatakse pressitud detailide tegemisel 
2024  Sisaldab põhilise lisaelemendina vaske. Hea kaalu ja tugevuse suhe ja hea väsimustugevus. 
Vähene korrosioonikindlus, milletõttu tihti kaetakse Al-1Zn  kihiga  
5052  Põhiliselt sisaldab magneesiumi ja kroomi. Väga hea  soojusjuht  
 
 
2.2 
Teras 
Terast kasutatakse lennukite juures eelkõige oma tugevuse pärast. Terasel on võrreldes 
alumiiniumiga üldiselt suurem väsimustugevus, milletõttu on terase kasutamise valdkonnad 
suuremad. Terast kasutatakse lennukites üldiselt tugikontstruktsioonides, kus nende tugevus on 
vajalik nagu toruraamistikul ja diagonaalides. Terasega välimisi pindu ei kaeta, kuna muidu tuleks 
lennuk liiga raske. Kõige enam kasutatakse 4130 terast, mille tõmbetugevus on 590–760 Mpa. 
Üldiselt on hakatud lennukites aina vähem terast kasutama, et lennukit kergemaks saada. 
Legereerivateks elementideks on Cr ja Mo.  
 
Pilt 3 lennuki terasest raam 
6 
 
 
 
2.3 
Titaanium 
Titaaniumi põhilised omadused on tema kõrge tõmbetugevus, kõrge vastupidavus korrosioonile,  
kõrge väsimustugevus, pragude  suhtes väga vastupidav ja kannatab mõõdukalt kõrgeid 
temperatuure ilma deformeerumata. Titaanium sulam alumiiniumi, zirconiumi, vanaadiumi ja teiste 
elementidega leiab kasutust paljudes kriitilistes struktuuriosades, näiteks tulemüüris, telikutes, 
väljalaskesüsteemides ja hüdrosüsteemides. 2/3 kogu toodetud titaaniumist kasutatakse lennuki 
mootorites ja raamides. Näiteks kasutatakse  Boeing  777 tootmisel 59tonni titaaniumi, Boeing 747 
tootmisel 45 tonni, Boeing 737 tootmisel 18 tonni,  Airbus A340 tootmisel 32 tonni, Airbus A330 
tootmisel 18 tonni ja Airbus A320 tootmisel 12 tonni. Airbus A380 tootmisel kasutatakse 77 tonni 
titaaniumi, millest 11 tonni asub mootorites erinevate komponentide näol. Titanium 6AL-4V 
moodustab 50% kõigist sulamitest lennuki aplikatsioonides. 
Erandiks on USA sõjatehnika luurelennukid, millest ühe SR-71 "Blackbird"  kere  koosneb 85% 
titaaniumi sulamitest, eesmärgiga teha lennuk võimalikult kerge, kiire ja radarile nähtamatu.
 
Pilt 5 SR-71 "Blackbird"  
 
7 
 
 
 
3  KOMPOSIITMATERJALIDEST LENNUKID 
Komposiitmarterjalidest lennukite tootmisel on kõige  suuremaks plussiks soovitud kuju 
saavutamine. Kiudusi hoiab paigal vaik, tänu millele püsib struktuur piisavalt tugev ja on suhteliselt 
lihtsasti vormitav. Suurim eelis  metallide ja puidu ees on komposiitmaterjalidel võimalus teha 
detailid nii voolujooneliseks, kui  disainer  oskab neid disainida 
Tänapäevased  fiibrid (klaas, nailon, kevlar, carbon jne) on väga tugevad, kuigi struktuur on väga 
kerge. Miinuseks on vähene jäiksus. Struktuur tuleb teha jäigaks, mis saavutatakse kas kõvendite 
lisamisega või tehakse kolmekihiline , milles keskmine kiht on vaht või kärjelaadne muster. See 
võimaldab disaineril saada vajalik jäikuseaste. Detaili valmides, tuleb pinda töödelda väga täpselt, 
et mitte selle struktuuri lõhkuda. 
Komposiitmaterjalide suurimateks miinusteks on see, et vajalik on vorm. Väga  ranged  
kvaliteedikontrollid teostatakse, et detail ei oleks liiga kõva või liiga vedela struktuuriga.  Tootmisel 
on ka temperatuurid väga olulise määraga, et kui hästi detail ära kuivab. Lõpuks koosnevad 
komposiitmaterjali tootmises osalevad ained aktiivsetest kemikaalidest, mis tekitavad allergiaid ja 
ründavad organismi (enamus diagnoosid ilmnevad aastate pärast). 
Veel üks miinus on vaigu säilivusaeg. Ehk kui vaiku pole kindla aja jooksul ära kasutatud, võib ta 
rikneda, mis omakorda tähendab  praak detaile, ning võivad tekkida keemilised ühendid mis on 
elusorganismidele eriti ohtlikud. 
                         
Foto 4 Komposiitmaterjalist lennukikere 
8 
 
 
 
KOKKUVÕTE 
 
Kuna  lennukeid  valmistatakse  erinevateks  otstarveteks,  on  ka  erinevad  materjalid  kasutusel. 
Hobiehitajad teevad  enamuses  lennukeid kas siis puidust või komposiitmaterjalidest. Peaaegu kõik 
lennukid on kombineeritud mitmetest materjalitüüpidest, mis kokku moodustavad tugeva terviku.  
 
 
9 
 
 
 
VIIDATUD ALLIKAD 
1.   http://www.jodel.com/index.asp?p=wood (10.11.14) 
2.    http://www.homebuiltairplanes.com/forums/attachments/wood -
construction /11594d1301602211-asso-x- jewel -alessandro-franchi-wooden-aircraft-
foto0113.jpg  (10.11.14) 
3.   http://www.aluminum.org/product-markets/aircraft-aerospace  (11.11.14) 
4.   http://www.beautifullife.info/wp-content/uploads/2009/12/22/general.jpg   (11.11.14) 
5.   http://www.charleslindbergh.com/history/sec/9spiritframe_totail-post1909.jpg  (11.11.14) 
6.   Matthew J. Donachie, Jr. (1988). TITANIUM: A Technical Guide . Metals Park, OH: ASM 
International. p. 13. ISBN 0-87170-309-2. 
7.   http://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_SR-71_Blackbird#mediaviewer/File:Lockheed_SR -
71_Blackbird.jpg (11.11.14) 
8.   http://exp-aircraft.com/library/heintz/material.html (11.11.14) 
10