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航空航太測試

航空航太產業中的材料表徵

航空航太產業是具有重大經濟和戰略意義的關鍵技術。自主與無人駕駛飛行的發展—先進空中機動 (AAM) 和無人機系統 (UAS)飛行管理和控制系統的重大進展正如火如荼地展開。在當今的新太空時代,私人公司正在與成熟的航太組織合作,並熱切地致力於在全球範圍內開發自己的火箭發射系統,以滿足日益增長的航太發射服務需求。以引領航空業邁向永續的未來為目標,中期為基於永續航空燃料 (SAF)的驅動系統,長期則為基於氫能的開發正在加速。現有的機隊正進行現代化改造,對飛機的維護、修理和檢修 (MRO) 的需求亦不斷增加。

憑藉從 -253 °C (20K) 低溫材料測試系統,到高達 2000 °C 高溫測試系統 ,我們幫助了客戶開發更高效的輕質材料和結構。了解我們對金屬材料、纖維增強塑料和夾層複合材料、陶瓷材料機械測試以及航空航太產業緊固件測試的專業知識、長期經驗和深入了解。我們世界各地的航太客戶在所有技術準備度 (TRL) 上都使用 ZwickRoell 的靜態和動態材料測試機,並支援NADCAP 認證的測試解決方案

金屬 複材 高溫 低溫 緊固件 硬度測試 客戶項目

航空航太測試 - 金屬

鋁合金由於其良好的重量特性​​以及其既定的製造工藝和計算方法而廣泛應用於航空航太結構。鈦合金為另一類輕金屬,也具有非常有優勢的重量特性、比鋁高得多的耐腐蝕性以及非常好的高溫特性。因此,它們特別適用於高應力機械部件和引擎部件。在較小的規模上,高強度合金鋼可以用來承受同樣高應力的結構部件。

金屬積層製造流程的重大進步使得現在設計高度複雜的輕質結構成為了可能,而這在以前使用傳統製造流程是無法實現的。金屬積層製造流程的重大進步現在使得設計高度複雜的輕質結構有了可能性,而這在以前使用傳統製造流程是無法實現的。

更多有關金屬測試

適用於金屬的重要測試標準

除了靜態試驗方法外,金屬材料的疲勞試驗在測定航空航太結構中使用的金屬材料在實際載荷條件下的性能方面也發揮著重要作用。透過我們的測試系統,ZwickRoell 涵蓋了所有常見金屬測試標準。除了標準化解決方案之外,我們還提供不同程度的金屬客製化改造和自動化測試系統

金屬的拉伸測試
ASTM E8
到 金屬的拉伸測試
金屬的拉伸測試
ISO 6892-1
到 金屬的拉伸測試
低週疲勞(LCF)測試
ISO 12106, ASTM E606
到 低週疲勞(LCF)測試
斷裂力學:臨界應力強度因子K1C
ASTM E399
到 斷裂力學:臨界應力強度因子K1C
斷裂力學:裂紋延展da/dN和閾值
ASTM E647
到 斷裂力學:裂紋延展da/dN和閾值

航空航太測試 - 複材

纖維增強塑膠及三明治夾層複合材料

由於其出色的具特定重量的機械性能,纖維增強塑料和夾層複合材料已牢固確立用於航太技術的輕質結構。尤其是由碳纖維增強塑膠 (CFRP) 製成的層壓板,由於其優越的疲勞性能,可以簡化航太結構的構造和設計。與完善成熟的金屬材料相比,其更高的耐腐蝕性是該行業使用纖維增強塑料的另一個原因。航空航太產業一直並將繼續成為持續開發複合材料系統、製造工藝和機械測試方法以表徵複合材料層壓板和夾層複合材料的先驅

除了在環境溫度下進行各種靜態和動態測試外,航太結構複合材料的測試也經常在 -55 °C (-67 °F) 至 121 °C (250 °F) 的規定溫度範圍內進行。近年來,開發替代及永續驅動的概念大大加強,以及低溫儲存液態氫成為大型飛機最有利的選擇,使得 -253 °C (20K) 超低溫下的靜態和疲勞測試日益成為人們關注的焦點。

更多關於複材測試資訊 更多有關低溫的測試方法

航太產業重要的複合材料試驗標準

測試方法標準空中巴士/波音公司廠家標準
複材拉伸測試
  • ASTM D3039
  • ISO 527-4、ISO 527-5
  • EN 2597
  • EN 2561
  • ASTM D5706
  • Airbus AITM 1-0007
  • Boeing BSS 7320
複材壓縮測試
  • Airbus AITM 1-0008
  • Boeing BSS 7260 Type I, III & IV
面內剪切(IPS)
  • ASTM D3518
  • ISO 14129
  • Airbus AITM 1-0002
複材彎曲測試
層間剪切強度ILSS
  • ASTM D2344, ISO 14130, EN 2563
衝擊後壓縮測試(CAI)
  • ASTM D7136
  • ASTM D7137
  • Airbus AITM 1-0010
  • Boeing BSS 7260, Type II
軸承反應及接頭強度
  • ASTM D5961
  • AITM 1-0009
  • Airbus AITM 1-0065
層間能量釋放率

Mode I - DCB 測試

  • ISO 15026
  • ASTM D5528
  • Airbus AITM 1-0005
  • Boeing BSS 7273

Mode I - ENF 測試

  • ASTM D7905
  • Airbus AITM 1-0006

航空航太測試 - 高溫測試

為了測定飛機引擎中所使用的金屬材料高溫性能,主要使用搭載高溫爐的靜態材料試驗機進行高達 1,200 °C 的拉伸測試 。試驗機與標準溫箱及高溫爐的組合涵蓋了更寬的溫度範圍,從低溫到1,200°C。 為了測定高應力零件在極端條件下的可靠性和耐久性,高溫金屬還要進行蠕變試驗和蠕變疲勞試驗,以測定不同溫度等級下的蠕變極限和蠕變強度特性。這有助於我們的客戶了解新型高溫合金材料的行為,為特定應用選擇正確的材料,並為暴露在高溫下的組件設計提供合適的數據。

陶瓷基複合材料 (簡稱 CMC)的機械負載能力也可在高達 2,000 °C的高溫下進行測試。CMC 對特定應用的適用性係根據拉伸、壓縮、剪切、彎曲、蠕變和蠕變疲勞試驗進行評估。為了確保陶瓷基複合材料 (CMC) 在真實操作條件下進行測試,測試可以在真空和惰性氣體條件、溫度範圍為 650 °C 至 2,000 °C 下進行。

ZwickRoell 高溫測試系統也支援最高溫度的非接觸式應變測量。因此,可以排除傳統接觸式測量系統的壓痕導致敏感試樣過早失效的情況。自動自適應高溫控制器可確保高精度的溫度控制並防止操作失誤。故將不再需要經常犧牲高溫測試中的測試試樣。

更多關於高溫測試資訊 更多關於高溫測試系統資訊 更多關於蠕變(潛變)試驗機資訊

高溫試驗的重要標準與測試系統

金屬在升溫下的拉伸測試
ASTM E21
到 金屬在升溫下的拉伸測試
金屬在升溫下的拉伸測試
ISO 6892-2
到 金屬在升溫下的拉伸測試

航空航太測試 - 低溫測試方法

用於太空發射系統的各種液體燃料必須冷卻至特定低溫範圍。它們的選擇取決於欲執行任務的特定要求、所需性能和技術可行性,包括生產液態燃料的技術可能性。憑藉著數十年來在航空航太產業太空發射系統開發方面的經驗,在各種材料於低溫下的行為也累積了經驗。然而,這種知識並不廣泛可用,且對於新材料系統來說並不存在。此外,以前建造的火箭是為單次發射而設計的,而目前的一些系統是為多次發射和可重複使用而設計的。對於未來航空產業的永續驅動概念,長期目標是使用液態氫,然後必須將其儲存在 -253 °C (20K) 的溫度下。

現代商用飛機的使用壽命非常長,這意味著除了低溫下的靜態材料行為外,用於建造機載系統的材料的疲勞行為現在也愈來愈受到關注。因此,過去關於先前航太旅程中低溫下材料行為的發現,僅只能在有限的程度上應用於未來航空領域的發展。

ZwickRoell 提供靜態和動態測試解決方案用於 低溫測試方法 用於金屬材料以及非增強和纖維增強塑料的材料表徵。根據要達到的低溫溫度,可以選擇浸入式低溫恆溫器 (77K) 或連續流低溫恆溫器(環境溫度最高 15K)。

更多有關低溫下材料測試的資訊

航空航太測試 - 緊固件

除了航太結構所用的材料機械性能外,結構行為在很大程度上取決於所使用的各種螺栓和鉚釘連接件的性能。為此,則必須使用動態測試來測試靜態強度,特別是在這些結構中實施的機械緊固件的疲勞強度 — 尤其是根據ASTM F606NASM 1312-8NASM 1312-13的標準化測試方法中所定義的動態測試。

ZwickRoell 提供靜態和動態測試解決方案,以實現這些測試類型的可靠與高效性能。

更多有關測試緊固件資訊

測試緊固件的相關重要標準

螺母測試
DIN EN ISO 898-2, ASTM F606-2, DIN EN ISO 3506-2
到 螺母測試
螺紋緊固件測試
DIN EN ISO 898-1, ASTM F606-1, DIN EN ISO 3506-1
到 螺紋緊固件測試

航空航太測試 - 硬度測試

航太應用和國防技術的金屬零件在可靠性、使用壽命和功能完整性方面受到最高要求,有時甚至在極端的運作條件下。例如,根據航太產業中使用的安全壽命設計原則,根據這些準則所設計的組件在其預期使用壽命期間不會出現失效或故障。因此,金屬部件需要接受嚴密的製程監控和精確的品質控制方法。硬度測試在這些情況下也扮演著重要角色。

ZwickRoell 提供符合所有既定的硬度測試方法和國際測試標準的硬度計

更多有關硬度測試方法 更多有關硬度計資訊

重要的硬度測試方法

金屬的 Brinell 硬度測試
ISO 6506、ASTM E10
到 金屬的 Brinell 硬度測試
Rockwell 金屬洛氏硬度測試
ISO 6508、ASTM E18
到 Rockwell 金屬洛氏硬度測試
金屬維氏硬度測試
ISO 6507, ASTM E92, ASTM E384
到 金屬維氏硬度測試
金屬的維氏及努氏硬度
ASTM E92
到 金屬的維氏及努氏硬度

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