I. 表面素材
航空機の構造に使用されるほとんどのハニカム構造には、アルミニウム、グラスファイバー、ケブラー®、またはカーボンファイバーの表面素材が使用されています。カーボンファイバー表面パネルは、アルミニウムの腐食を引き起こすため、アルミニウムハニカムコア材料と一緒に使用することはできません。チタンとスチールは、高温構造の特殊な用途に使用されます。スポイラーやフライトコントロールなど、多くのコンポーネントの表面材は非常に薄く、厚さがわずか 3 ～ 4 mm (mm) の場合もあります。パラメトリックレポートによると、これらのフェーシングプレートの耐衝撃性は良好ではありません。
Ⅱ．芯材
2.1 ハニカムコア
各ハニカムコア材料は特定の優れた特性を備えています。図 19 に示すように、航空機のハニカム構造に使用される最も一般的なコア材料はアラミド紙 (Nomex® または Korex®) です。ガラス繊維は、より高強度の用途に使用されます。
図 19: ハニカムコア材料
-クラフト紙 - 強度は比較的低く、断熱性に優れ、コストが安いため大量に使用されます。
-熱可塑性プラスチック - その熱質量は断熱性、吸収性が高く、配向性、耐湿性、耐薬品性をリセットすることができます。環境に優しく、見た目にも美しく、比較的低コストです。
アルミニウム - 最適な強度、高い重量比とエネルギー吸収性、良好な熱伝達特性、電磁シールド特性、容易な加工、比較的低コスト。
-スチール-熱伝達特性、電磁シールド特性、耐熱性に優れています。
-特殊金属（チタン）-は、比較的高い強度、重量比、優れた伝熱性能、耐薬品性、高温に対する耐熱性を備えています。
-アラミド紙- 耐火性、難燃性、優れた絶縁性、低誘電性を備え、成形が容易です。
-グラスファイバー- 剪断が容易で、誘電性が低く、絶縁性が高く、成形が容易です。
-カーボンファイバー-カーボンの安定性、高温、高剛性、非常に低い熱膨張率を維持し、熱伝導率の制御が容易で、せん断弾性率は比較的高いですが、高価です。
-セラミックス- 高温耐熱性が高く、絶縁性が高く、セル構造が非常に小さいですが、高価です。
航空宇宙用途のハニカムコアは通常六角形です。これらのコアは、特別に配置された接着された積層された薄いシートで作られています。重ねられたシートは六角形に引き伸ばされます。水平方向に伸びるものを帯方向といいます。
二分六角形コアには、各六角形にクロスカットされた材料の別の層があります。{0}}二色性ハニカムは六角形のコアよりも硬くて強いです。過度に引き伸ばされたコアは、紙を拡張して六角形を作成することによって作成されます。過度に伸ばされたコアは長方形のコアを持ちます。過度に伸ばされたコアは、単純な曲線を使用して、バンドの方向に対して垂直に柔軟になります。ベル-形状のコア、つまり湾曲したコアは、あらゆる方向に柔軟になる湾曲したコア素材を備えています。ベル-形状のカーネルコアは、複雑な曲線を持つパネルの方向に使用されます。
ハニカムコアはさまざまなコアサイズでご利用いただけます。サイズが小さいほど、サンドイッチパネルの強度が向上します。ハニカムコアにもさまざまな密度があります。高密度のハニカムコアは、低密度のコアよりも硬く、強度があります。図 20 に示すように。
図 20: ハニカムコア
2.2 泡
フォームコアは、翼端、飛行制御装置、胴体セクション、翼、翼リブのサポートと形状を提供するために、住宅建築や軽飛行機に使用されます。フォームコアは民間航空機では一般的に使用されません。フォームは通常、ハニカム コアよりも重く、堅牢性に劣ります。コア材料として使用できるさまざまなフォームには次のものがあります。
-ポリスチレン（一般的にポリスチレンフォームとして知られています）-気泡間に空隙がなく、密閉された気泡コア構造を持つ航空宇宙グレードのポリスチレンフォーム。高い圧縮強度と優れた耐水性。熱線で切断して翼状に加工することも可能です。
-フェノール樹脂 - 耐火性に優れ、密度は非常に低くなりますが、機械的特性は比較的低いです。
-ポリウレタン - 小型航空機の胴体、翼端、その他の湾曲した部品の製造に使用されます。比較的安価で、難燃性があり、ほとんどの接着剤と互換性があります。-ポリウレタンフォームは熱線では切断できません。大きなナイフやサンディング装置を使って輪郭を描くのが簡単です。
-ポリプロピレン - 翼のある形状を作成するために使用されます。熱線で切断できます。ほとんどの接着剤やエポキシ樹脂と互換性があります。燃料や溶剤に溶けるポリエステル樹脂には使用できません。
-ポリ塩化ビニル（PVC）（Divinycell、Klegecell、Airex）-高い圧縮強度、耐久性、優れた耐火性を備えた独立気泡の中高密度フォームです。-複合形状に真空成形したり、熱成形を使用して成形したりできます。ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ樹脂との互換性があります。
-ポリ（メタクリルイミド）（ロハセル）-軽量サンドイッチ構造用独立気泡フォーム-。優れた機械的特性、高温での安定性、優れた耐溶剤性、優れたクリープ圧縮耐性。他のタイプのフォームより高価ですが、優れた機械的特性を備えています。
Ⅲ．製造中および使用中の損傷
3.1 製造上の欠陥
製造上の欠陥には次のようなものがあります。
-層間剥離（層間剥離）
-樹脂が欠乏している領域
-樹脂の過剰領域
-水ぶくれ、泡
-しわ
-空洞
-熱分解
製造上の損傷には、加工の違いによって生じる気孔率、微小亀裂、層間剥離などの異常が含まれます。-これには、意図しないエッジのカット、表面のえぐれや傷、ファスナー穴の破損、衝撃による損傷なども含まれます。製造プロセス中に発生する欠陥の例には、レイアッププロセス中に層間に不用意に残される、プリプレグライナーやリリースフィルムなどの汚染された接着表面または異物が含まれます。組み立て、輸送、または取り扱い中に、細部の部品やコンポーネントに意図しない（加工されていない）損傷が発生する可能性があります。
部品に使用される樹脂が多すぎると、樹脂が過負荷になる可能性があります。これは非構造用途には必ずしも悪いわけではありませんが、重量が増加します。{0}}硬化プロセス中に樹脂が多すぎる場合、またはウェット レイアップ プロセス中に十分な樹脂が塗布されない場合、その部品は樹脂が不足していると言われます。樹脂が失われた領域が繊維の表面に現れます。{3}}繊維と樹脂の比率は 60:40 が最適と考えられます。
製造上の欠陥の原因には次のようなものがあります。
-不適切な硬化または加工
-不適切な処理
-不適切な取り扱い
-不適切な穴あけ
-工具の滴下
-汚染
-不適切な研磨
-不適格な素材
-不適切なツール
-ボアシャフトまたは細部の問題
複合材料の構造構成では、いくつかの層で損傷が発生する可能性があります。これは、マトリックスや繊維への損傷から、破損した要素や接着またはボルトで固定された付属品の破損に至るまで多岐にわたります。損傷の程度は、繰り返し負荷寿命と残留強度を制御し、損傷耐性にとって重要です。
3.2 ファイバの断線
構造は通常、繊維が主体となるように設計されているため（つまり、繊維が荷重のほとんどを担う）、繊維の破損は重大な問題となる可能性があります。{0}幸いなことに、繊維の破損は通常、衝撃点付近の領域に限定されており、衝撃物体のサイズとエネルギーによって制限されます。前のユニットのいくつかのサービス関連要素だけでも、ファイバーに広範囲の損傷が発生する可能性があります。-
3.3 標準以下のマトリックス (不均一なセル)
マトリックス欠陥は通常、マトリックス繊維界面または繊維に平行なマトリックスで発生します。{0}これらの欠陥は材料の特性の一部をわずかに劣化させますが、マトリックスの劣化が広範囲に及ばない限り、構造に重大な影響を与えることはほとんどありません。
マトリックス内に亀裂が蓄積すると、マトリックスが支配する特性の劣化につながる可能性があります。-繊維で荷重を伝達するように設計された積層板（繊維-が主体）の場合、マトリックスがひどく損傷した場合でも、特性の劣化はわずかしか観察されません。マトリックスの亀裂や微小亀裂は、樹脂または繊維樹脂の界面に応じて層間せん断強度や圧縮強度などの特性を著しく低下させる可能性があります。{4}微小亀裂は、高温樹脂の性能に非常に悪影響を与える可能性があります。マトリックスの欠陥は、より深刻な種類の損傷である層間剥離に発展する可能性があります。
3.4 層間剥離と固着除去-
ラミネートの層間の界面に層間剥離が発生します。層間剥離は、基部から中間層まで広がる母材の亀裂または低エネルギー衝撃によって形成されることがあります。-製造プロセスによって 2 つの要素間の結合線に沿って結合が形成され、隣接する積層体で層間剥離 (層間剥離) が始まることもあります。特定の条件下では、荷重を繰り返す間に層間剥離や接着が進行し、ラミネートに荷重がかかると致命的な損傷を引き起こす可能性があります。層間剥離または接着の重大度は、次の要素によって決まります。
-寸法。
-特定の場所における層間剥離の数。
-位置 - は、ラミネートの厚さ、構造内、自由端付近、応力集中領域、幾何学的不連続部などです。
-荷重 - 剥離と接着の挙動は荷重の種類によって異なります。それらは、引張ラミネートの応答にはほとんど影響しません。ただし、圧縮またはせん断荷重がかかると、層間剥離または剥離したユニットに隣接する下層が座屈し、荷重再分配機構が発生し、構造的損傷につながる可能性があります。{4}}
3.5 ダメージの組み合わせ
一般に、衝撃イベントはさまざまな損害を引き起こす可能性があります。大きな物体（タービンブレードなど）からの高エネルギーの衝撃により、部品の断片化や取り付けの破損が生じる可能性があります。-結果として生じる損傷には、重大な繊維破損、マトリックスの亀裂、層間剥離、ファスナーの破損、コンポーネントの剥離などが含まれる可能性があります。低エネルギー衝撃による損傷は制御が容易ですが、繊維の破損、母材の亀裂、複数の層間剥離が組み合わさって発生する場合もあります。-
3.6 ファスナー穴の欠陥
製造工程中に、不適切な穴あけ、留め具の取り付け不良、留め具の欠落が発生する可能性があります。使用中に、繰り返しの荷重サイクルによりピースの穴が伸びることがあります。
3.7 サービス上の欠陥
サービスの欠陥には次のようなものがあります。
- 環境被害
- 衝撃ダメージ
- 疲労
- 局所的な過負荷によって引き起こされる亀裂
- 剥離（接着）
- 層間剥離
- 繊維の破断
- 腐食
翼スポイラー、フェアリング、フライトコントロール、着陸装置ドアなどのほとんどのハニカムコア構造は、非常に薄い表面パネルを持っています。耐久性の問題は、耐衝撃性の低さ、液体の浸入、エロージョン（腐食）の 3 つのグループに大別されます。これらの構造は十分な剛性と強度を備えていますが、部品が這ったり、工具が落ちたり、サービス担当者は通常、薄皮のサンドイッチ コンポーネントの脆弱性に気づかないようなサービス環境に対する耐性が低くなります。-コアの潰れ、衝撃による損傷、外れなどのこれらのコンポーネントの損傷は、表面が薄いため、通常は目視検査によって簡単に検出できます。しかし、航空機の出発を遅らせたり、運航記録に影響を与える可能性のある事故に注目を集めたくないサービス担当者によって、見落とされたり損傷されたりすることがあります。その結果、損傷が放置されることがあり、コアへの液体の侵入により損傷が拡大することがよくあります。耐久性の低い設計の詳細 (例: 不適切に切断されたハニカムコアエッジ) も液体の侵入につながる可能性があります。
部品への流体の侵入による復元は流体によって異なりますが、最も一般的なのは水または油圧作動油です。部品からすべての水分が除去されない限り、水は修理部品にさらなる損傷を引き起こす傾向があります。ほとんどの修復材システムは水の沸点を超える温度で硬化するため、スキンコア界面での剥離が発生し、あらゆる場所に水が溜まる可能性があります。-このため、コアサイクル乾燥は通常、修復の前に実行されます。一部の作業者は、修理中にさらなる損傷が発生するのを防ぐために、損傷したが修理されていない部品を高圧タンクで乾燥させるという追加の手順を実行します。-油圧作動油は別の問題です。サンドイッチパネルのコアが飽和すると、作動油を完全に除去することはほぼ不可能になります。硬化プロセス中であっても、漏れている汚染が完全に除去されるまで、セクションから液体が漏れ続けます。修復の一環として、汚染されたハニカムコアと接着剤を除去することを強くお勧めします。図 21 に示すように
図 21: レドーム ハニカム サンドイッチ構造の損傷
複合材料はアルミニウムよりも侵食性が低いことが知られているため、先端表面への適用は避けられることが多いです。ただし、複合材料は非常に複雑な形状で使用されてきましたが、通常は腐食コーティング用途と組み合わせて使用されてきました。一部の腐食コーティングは、耐摩耗性やメンテナンスの点で理想的ではありません。もう 1 つ目の問題は、最初ほど明らかではありませんが、気流にさらされた場合にドアやパネルの端が侵食されることです。この浸食は、設計または設置 (不適切な設置) が原因である可能性があります。一方、これらの複合コンポーネントと接触またはその近傍にある金属構造は、アルミニウム合金の不適切な選択、組立または接合時の金属コンポーネントへのシーラントによる腐食損傷、不十分なシーラント、またはビーム、リブ、フィッティングの界面でのグラスファイバーバリアの欠如などにより、腐食損傷を示す可能性があります。図 22 に示すように
図 22: 翼端 (翼端) の腐食損傷
3.8 腐食
ほとんどのグラスファイバーおよびケブラー® 部品には、雷から保護するための優れたアルミニウム メッシュが付いています。このアルミメッシュはボルトやネジ穴の周囲で腐食することがよくあります。腐食はパネルの電気的結合に影響を与えるため、パネルの電気的結合を回復するにはアルミニウム メッシュを取り外し、新しいメッシュを取り付ける必要があります。図 23 に示すように
図 23: アルミニウム製避雷網の腐食
紫外線は複合材料の強度に影響を与えます。複合構造はトップコートで紫外線の影響から保護する必要があります。複合材料を保護するために、特殊な UV プライマーとコーティングが開発されました。