Tests voor lucht- en ruimtevaart
De lucht- en ruimtevaartsector gebruikt technologie die van groot economisch en strategisch belang is. Er zijn enorm veel ontwikkelingen op vlak van autonome en onbemande vluchten —Advanced Air Mobility (AAM) en Unmanned Air Systems (UAS)— naast belangrijke vorderingen in vluchtbeheer en controlesystemen. Vandaag de dag werken in het nieuwe ruimtevaarttijdperk private bedrijven en ruimtevaartorganisaties over heel de wereld samen om hun eigen raketlanceersystemen te ontwikkelen en zo aan de groeiende vraag naar lanceringen te voldoen. Om de luchtvaartindustrie naar een duurzame toekomst te leiden, wordt de ontwikkeling versneld van aandrijvingen op basis van duurzame vliegtuigbrandstof (Sustainable Aviation Fuels of SAF) op middellange termijn en op basis van waterstof op lange termijn. Bestaande vloten worden gemoderniseerd en er is steeds meer vraag naar onderhoud, reparatie en revisie (MRO) van vliegtuigen.
Met testsystemen voor materiaaltests bij cryogene temperaturen van -253 °C (20K) en testsystemen voor hoge temperaturen tot 2000 °C helpen we onze klanten nog efficiëntere lichtgewicht materialen en structuren te ontwikkelen. Ontdek onze expertise, langdurige ervaring en diepgaand begrip van toepassingen voor mechanische tests op metalen, vezelversterkte kunststoffen, sandwichcomposieten, keramische materialen en bevestigingsmaterialen voor gebruik in de lucht- en ruimtevaartsector. ZwickRoell statische en dynamische materiaaltestmachines worden door onze klanten in de lucht- en ruimtevaart gebruikt in alle niveaus van technologiegereedheid (TRL), en zijn geschikt voor NADCAP geaccrediteerde testoplossingen.
Metalen Composieten Hoge temperatuur Cryogene temperaturen Bevestigingsmaterialen Hardheidsmetingen Klantenprojecten
Aluminiumlegeringen worden vaak toegepast in structuren voor lucht- en ruimtevaart omwille van hun voordelige gewichtsspecifieke eigenschappen, hun bekende productieprocessen en berekeningsmethoden. Titaniumlegeringen, een andere klasse lichtmetalen, hebben ook zeer voordelige gewichtsspecifieke eigenschappen, een veel hogere corrosieweerstand dan aluminium, en zeer goede karakteristieken bij hoge temperaturen. Ze worden daarom vooral gebruikt voor mechanisch zwaar belaste componenten en motoronderdelen. Op een kleinere schaal kunnen hoge sterktestalen gebruikt worden in structurele componenten die blootgesteld zijn aan even hoge spanningen.
Belangrijke vorderingen in additieve productiemethoden voor metalen maken het nu mogelijk uiterst complexe lichtgewicht structuren te ontwikkelen die voorheen niet mogelijk waren met conventionele productietechnieken. Metalen, met name lichtmetalen en hun legeringen, spelen een sleutelrol bij het ontwerp en de productie van vliegtuigen en ruimtevaartuigen.
Belangrijke testnormen voor metalen
Naast statische testmethoden spelen vermoeiingstests een belangrijke rol bij het bepalen van het gedrag van metalen in lucht- en ruimtevaarttoepassingen onder realistische belastingsomstandigheden. Onze ZwickRoell testsystemen zijn geschikt voor alle courante metaalnormen. Naast genormeerde oplossingen leveren we ook verschillende aanpassingen op maat en geautomatiseerde testsystemen voor metaal.
Vezelversterkte kunststoffen en sandwichcomposieten
Door hun uitstekende gewichtsspecifieke mechanische eigenschappen, worden vezelversterkte kunststoffen en sandwichcomposieten vaak gebruikt voor lichtgewicht structuren in lucht- en ruimtevaarttechnologie. Laminaten uit koolstofvezelversterkte kunststoffen (CFRP) in het bijzonder maken de bouw en het ontwerp van structuren voor lucht- en ruimtevaart eenvoudiger door hun voordelige vermoeiingseigenschappen. De hogere corrosieweerstand in vergelijking met gekende metalen is een verdere reden voor het gebruik van vezelversterkte kunststoffen in deze sector. De lucht- en ruimtevaartsector was en blijft een pionier in de voortdurende ontwikkeling van composietmaterialen, productieprocessen en mechanische testmethoden voor het karakteriseren van composietlaminaten en sandwichcomposieten.
Naast een breed gamma statische en dynamische tests bij kamertemperatuur, worden composieten voor lucht- en ruimtevaartstructuren ook vaak getest in een vastgelegd temperatuurbereik van -55 °C (-67 °F) tot 121 °C (250 °F). De laatste jaren worden statische tests en vermoeiingstests bij ultra-lage temperaturen van -253 °C (20K) steeds couranter door de ontwikkeling van alternatieve en duurzame aandrijfconcepten, meerbepaald de opslag van vloeibaar waterstof bij cryogene temperaturen.
Meer over tests op composieten Meer over cryogene testmethoden
Belangrijke testnormen voor composieten uit de lucht- en ruimtevaartsector
| Testmethode | Norm | Airbus / Boeing fabrieksnormen |
|---|---|---|
| Trektests op composieten |
|
|
| Druktests op composieten |
|
|
| Afschuiftests in het vlak |
|
|
| Buigtests op composieten |
| |
| Interlaminaire afschuifsterkte ILSS |
| |
| Compression After Impact CAI |
|
|
| Lagerreactie en verbindingssterkte |
|
|
| Interlaminaire energie-afgiftesnelheid |
|
|
Om het gedrag bij hoge temperaturen van metalen gebruikt in vliegtuigmotoren te bepalen, worden vooral trektests tot 1.200 °C uitgevoerd met een statische materiaaltestmachine voorzien van een oven voor hoge temperaturen. De combinatie van een testmachine met een standaard temperatuurkast en een oven voor hoge temperaturen biedt een nog breder temperatuurbereik van lage temperaturen tot 1.200°C. Voor het bepalen van de betrouwbaarheid en levensduur van zwaar belaste componenten onder extreme condities, worden metalen voor hoge temperaturen ook blootgesteld aan kruiptests en kruip-vermoeiingstests voor het bepalen van kruipgrenzen en kruipsterkte bij verschillende temperaturen. Op die manier krijgen onze klanten een beter begrip van nieuwe legeringen voor hoge temperaturen, kunnen ze het juiste materiaal selecteren voor een specifieke toepassing en krijgen ze geschikte gegevens voor het ontwerp van onderdelen die blootgesteld worden aan hoge temperaturen.
De mechanische draagkracht van keramische matrixcomposieten (CMC’s) kan ook getest worden bij extreem hoge temperaturen tot 2.000 °C. De geschiktheid van CMC’s voor een specifieke toepassing wordt geëvalueerd op basis van trektests, druktests, afschuiftests, buigtests, kruiptests en kruip-vermoeiingstests. Om te verzekeren dat de De CMCs getest worden onder realistische gebruiksomstandigheden, kunnen deze tests uitgevoerd worden in vacuüm en inert gas bij een temperatuur van 650 °C tot 2.000 °C.
Met testsystemen voor hoge temperaturen van ZwickRoell is ook contactloze rekmeting mogelijk tot bij de maximale temperatuur. Op deze manier falen gevoelige samples niet vroegtijdig door inkepingen van traditionele meetsystemen. Een automatische en adaptieve hogetemperatuursturing verzekert een uiterst precieze controle van de temperatuur een voorkomt bedienfouten. Het is daarom niet langer nodig vooraf samples op te offeren voor hoge temperatuurtests.
Meer over tests bij hoge temperaturen Meer over testsystemen voor hoge temperaturen Meer over kruiptestmachines
Verschillende vloeibare brandstoffen voor ruimtevaartuigen moeten gekoeld worden tot cryogene temperaturen. De selectie hangt af van de specifieke vereisten van de missie, de gewenste eigenschappen en de technologische mogelijkheden, al van bij de productie van vloeibare brandstoffen. Gedurende tientallen jaren ervaring bij de ontwikkeling van lanceersystemen voor de lucht- en ruimtevaart, werd ook ervaring verzameld over het gedrag van verschillende materialen bij cryogene temperaturen. Deze kennis is echter niet wijd verspreid en is niet aanwezig voor nieuwe materialen. Verder werden raketten vroeger ontworpen om één keer te lanceren, terwijl sommige actuele systemen ontworpen zijn om te hergebruiken bij meerdere lanceringen. Om toekomstige aandrijfconcepten in de luchtvaart duurzaam te maken, is het doel gebruik te maken van vloeibaar waterstof, dat aan boord opgeslagen moet worden bij -253 °C (20K).
De lange levensduur van moderne commerciële vliegtuigen zorgt ervoor dat, naast het statische materiaalgedrag bij cryogene temperaturen, ook het vermoeiingsgedrag van de materialen voor de systemen aan boord steeds belangrijker wordt. Historische gegevens uit ruimtereizen over het materiaalgedrag bij cryogene temperaturen kan daarom slechts beperkt toegepast worden voor toekomstige ontwikkelingen in de luchtvaart.
ZwickRoell levert statische en dynamische testoplossingen voor cryogene testmethoden om zowel metalen als niet-versterkte en vezelversterkte kunststoffen te karakteriseren. Afhankelijk van de te bereiken cryogene temperaturen, wordt een keuze gemaakt tussen immersiecryostaten (77K) of cryostaten met continu debiet (kamertemperatuur tot 15K).
Naast de mechanische eigenschappen van de materialen gebruikt in structuren voor lucht- en ruimtevaart, wordt het structurele gedrag voornamelijk bepaald door de eigenschappen van de verschillende gebruikte bout- en klinkverbindingen. Daarom moeten de statische sterkte en de vermoeiingssterkte van de gebruikte mechanische bevestigingsmaterialen in deze structuren getest worden tijdens dynamische tests - vooral deze zoals vastgelegd in de genormeerde testmethoden volgens ASTM F606,NASM 1312-8 en NASM 1312-13.
ZwickRoell levert statische en dynamische testoplossingen voor het betrouwbaar en efficiënt uitvoeren van deze types tests.
Aan metalen en onderdelen voor defensie-, lucht- en ruimtevaarttoepassingen worden de hoogste eisen gesteld op vlak van betrouwbaarheid, levensduur en functionele integriteit, soms bij extreme gebruiksomstandigheden. Door de veiligheidsvereisten van de lucht- en ruimtevaartsector mag een component die volgens deze richtlijnen werd ontworpen nooit falen of haperen tijdens de voorziene levensduur. Metalen onderdelen worden daarom onderworpen aan nauwe procescontrole en precieze kwaliteitscontrolemethoden. Ook hardheidsmetingen spelen een belangrijke rol in deze situaties.
ZwickRoell levert hardheidsmeters voor alle gangbare hardheidsmeetmethoden en internationale testnormen.
Meer over de hardheidsmeetmethoden Meer over hardheidsmeters
