Wie werden Verbundwerkstoffe in Flugzeugen gefügt?

Idealerweise werden Faserverbundwerkstoffe verklebt und durch eine Schäftung verbunden . Das Schalverhältnis wird durch das Verhältnis der Faserzugfestigkeit und der Scherfestigkeit des Harzes bestimmt. Wenn Ihre Faser 3000 N/mm² aufnimmt, das Harz 20 N/mm² überträgt und der Faseranteil 60 % beträgt, beträgt das Verhältnis 1:90, also müsste eine 1 mm dicke Verbundschicht über eine Länge von 90 mm gefügt werden. In der Realität ist ein solches Verhältnis unpraktisch zu erreichen, daher werden Überlappungsverbindungen verwendet, wenn sie von den Zertifizierungsbehörden akzeptiert werden. Dies ist der Fall bei Verbundsegelflugzeugen, bei denen Sie sowohl Blatt- als auch Überlappungsverbindungen finden.

In den Anfängen der angetriebenen Verbundflugzeuge wurden Faserverbundwerkstoffe mit der Erfahrung von Aluminium im Hinterkopf gesehen und mit den gleichen Methoden behandelt. Daher der Lear-Fanund seine Zeitgenossen mussten in der gesamten Struktur Nietverbindungen verwenden. Die Idee war, dass die Flugzeugzelle durch Nieten für Inspektionen und Reparaturen leichter zerlegt werden könnte. Das Vernieten von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen ist recht problematisch: Man muss teure Verbindungselemente aus Titan verwenden, weil Aluminiumnieten im elektrischen Kontakt mit den elektrochemisch viel edleren Kohlefasern schnell korrodieren würden. Das Bohren und Senken von Löchern schneidet genau die Fasern, die Sie zu verbinden versuchen, sodass Sie die Wandstärke verdoppeln müssen, was durch das Nieten zerstört wird. Aber die FAA bestand immer noch auf Nieten - sogar Stringer auf Paneelen wurden genietet, wenn Kleben die vernünftigste Lösung gewesen wäre.

Flugzeugingenieure haben einen Ausdruck für Verbundwerkstoffe, die wie Metall behandelt werden: Schwarzes Aluminium. Der LearFan war reines schwarzes Aluminium. Viele der Ingenieure in diesem Projekt landeten bei der Produktion des Raumschiffs bei Beech , so dass viele der gleichen Techniken auch übertragen wurden. Zumindest hatte das Raumschiff eine Rumpfschale, die auf einen Dorn gelegt und dann direkt hinter dem Cockpitabschnitt geschnitten wurde, um den Dorn herauszuholen. Das Spleißen der beiden Rumpfabschnitte erfolgte dann durch eine konische Überlappungsverbindung; wenn Sie möchten, eine praktische Methode, um eine nicht ganz schalige Verbindung herzustellen.

Heute haben wir eine neue Generation von Ingenieuren, die langsam akzeptieren, dass die Natur von Verbundstrukturen ihre eigenen Behandlungsmethoden erfordert. Aber auch in modernen Verbundkonstruktionen findet man Nietverbindungen. Alte Gewohnheiten sind schwer zu durchbrechen.

Ein guter Grund für das Nieten besteht darin, ein Ablösen an den Rändern einer Klebeverbindung zu vermeiden. Ingenieure ohne Erfahrung nieten ihre Verbundwerkstoffe, sobald sie etwas Erfahrung gesammelt haben, wechseln sie zum Kleben und mit viel Erfahrung setzen sie wieder Nieten ein.

Worum geht es in "Eiserne Brücke"?

^{Quelle: Wikipedia}

Gelenke ähnelten denen, die ein Zimmermann verwenden würde. Also mit traditioneller Methode für ein neues Material, Eisen. Sie scheinen dasselbe mit Kohlefaser zu tun.

http://www.bbc.co.uk/history/british/victorians/iron_bridge_01.shtml

Zeitraffervideos von 787 zeigen Nieten für den Hauptrumpf.

In Verbundkonstruktionen werden Nieten anstelle von Kleben verwendet, nicht wegen der überlegenen Leistung. Eine richtig ausgelegte Klebeverbindung ist immer stärker als die beste Niet- oder Schraubverbindung. Der Hauptgrund für die Verwendung von Nieten oder Schrauben besteht darin, dass die LONG TIME-Leistung vorhersehbar ist, während Klebeverbindungen aufgrund von Umweltfaktoren einer Verschlechterung unterliegen können. Es ist besser, eine Nietverbindung mit 50 % der maximalen theoretischen Festigkeit zu haben (die ihre Belastbarkeit über die gesamte Lebensdauer behält), als eine überlegene Klebeverbindung, die sich verschlechtern kann. Auch – nebenbei bemerkt – sind Klebeverbindungen nur bis zu einer bestimmten Dicke praktikabel, ab der es besser ist, Schrauben zu verwenden.