Wear resistance of aviation composite materials in the conditions of vibrations

Abstract

Over the past quarter century, the use of advanced composite material (ACM) has become almost commonplace in the aerospace industry - first proven through military applications, then increasingly in commercial and general aviation. As with many high tech systems, they were implemented aggressively into military aircraft production 10 to 15 years prior to widespread use in commercial aircraft [1]. Years of utilizing composite technology naturally precipitated a need to develop repair procedures. Nevertheless metals still contain huge part of the market, and grounding on its history and strength are widely used at such parts of the aircraft as wings, engines, hydraulic systems, rivets, bolts, and others. Now the most effective materials are metal and ACM. But during service life of this couple at the one aircraft rises some problem with durability and name of this problem is Fretting. Fretting, occurs when two materials are in contact and a great degree of relative motion, such as vibration, exists between the two. This can erode anti-corrosion coatings, or damage ACM structure thus initiating corrosion with further crack initiation. In metal-composite aircraft weakest points are near the engines. As wings of modern airplane mostly from ACM, spars of wings from the metal and points their connections may be the reason of dangerous fretting propagation.

За останню чверть століття використання передових композитних матеріалів (ACM) стало майже звичайним явищем в аерокосмічній промисловості – спочатку це було доведено у військових застосуваннях, а потім все частіше в комерційній авіації та авіації загального призначення. Як і багато високотехнологічних систем, вони активно впроваджувалися у виробництво військових літаків за 10-15 років до широкого використання в комерційних літаках [1]. Роки використання композитної технології природним чином викликали потребу в розробці процедур ремонту. Тим не менш, метали все ще займають величезну частину ринку, і, грунтуючись на своїй історії та міцності, широко використовуються в таких частинах літака, як крила, двигуни, гідравлічні системи, заклепки, болти та інші. Зараз найбільш ефективними матеріалами є метал і АСМ. Але протягом терміну служби цієї пари у одного літака виникає певна проблема з довговічністю і назва цієї проблеми - Фреттинг. Фретинг виникає, коли два матеріали контактують і між ними існує великий відносний рух, наприклад вібрація. Це може пошкодити антикорозійне покриття або пошкодити структуру ACM, таким чином ініціюючи корозію з подальшим утворенням тріщин. У металокомпозитних літаках найслабші місця знаходяться біля двигунів. Оскільки крила сучасного літака здебільшого виготовлені з ACM, лонжерони крил із металу та точки їх з’єднання можуть бути причиною небезпечного поширення фретингу.