Konstrukcija i gradnja jedrilice/Drvo

Izvor: Wikiknjige
Prijeđi na navigaciju Prijeđi na pretraživanje

U zrakoplovstvu se do Prvog svjetskog rata kao materijal za gradnju koristilo isključivo drvo. Danas se drvo sve manje koristi jer je zamijenjeno lakim slitinama i armiranom plastikom.

Osobine[uredi]

Kao konstruktivni materijal drvo ima mnoge prednosti pred ostalim materijalima, ima malu specifičnu težinu, nisku cijenu, pogodno je za najrazličitiju, vrlo jeftinu i brzu obradu, lako se održava i ima mogućnost brzog popravka, ima visoku otpornost na zamor, visoku granicu proporcionalnosti, kao i praktično neiscrpan izvor sirovina.

Međutim, drvo ima i velike mane i nedostatke. Na prvom mjestu je nehomogenost i anizotropnost materijala. Ovo dovodi do toga da mehaničke osobine drveta zavise od smjera djelovanja opterećenja u odnosu na prostiranje vlakana. Varijacije mogu biti i od 30 ili 40%. Pored ovoga, drvo je podložno utjecaju kukaca, mikroorganizama i atmosferskih promjena. Greške, odnosno nepravilnosti u strukturi drveta – čvorovi, smolne kesice, usukanost linija godova i tok vlakana, pukotine od sušenja, trulež itd. – moraju se eliminirati prije korištenja u gradnji, pošto ova mjesta izazivaju smanjenje nosivosti elemenata. Na slikama se vide neke od navedenih nepravilnosti drveta.

Nepravilnosti rasta: a) čvorovi i različita širina rasta godova, b) smolne kesice i pukotine; pravilan rast drveta
Smolne kesice i loši smjer godova

Kako je već spomenuto, otpornost drveta nije ista u svim smjerovima. Razlikuju se tri glavne vrste opterećenja, odnosno naprezanja: u smjeru vlakana, normalno na vlakna u radijalnom smjeru i normalno na vlakna u tangencijalnom smjeru. Čvrstoća drveta na istezanje u smjeru vlakana dva puta je veća od čvrstoće na pritisak. Čvrstoća na pritisak u smjeru vlakana 4 puta je veća od čvrstoće na pritisak okomito na vlakna. Slični odnosi postoje i za ostale smjerove opterećenja, a u odnosu na smjer vlakana. Vrlo značajan faktor je i vlažnost drveta. Vlažnost drveta koja se primjenjuje u zrakoplovstvu mora biti u granicama od 12% do 15%. Sadržaj vlage u znatnoj mjeri utječe na mehaničke osobine drveta. Povećanje vlažnosti za 1% izaziva pad čvrstoće za 3%, a pritisak za 5%, na savijanje 4%, na smicanje 3%, tvrdoću za 3%, a modul elastičnosti za 2%. Najveća čvrstoća na lom drveta dobiva se pri vlažnosti oko 7.5%. Prije upotrebe drveta potrebno je pažljivo izabrati i kontrolirati kvalitetu materijala. Pored uvjeta da drvo nema nepravilnosti u strukturi, moraju se zadovoljiti i uvjeti vlažnosti (12 do 15%), pravilnost godova i njegove gustoće (5 do 10 godova na 1 cm), kao i otpornosti na opterećenje.

Drvo dijelimo na dvije grupe: zimzelene (vazdazelene; četinare) i listopadne. Pored ove podjele, možemo ga razvrstati i prema tvrdoći, i to na: mekano, srednje tvrdo i tvrdo. Ako usporedimo zimzelene i listopadne utvrđujemo da su ove prve homogenije i jednostavnije po strukturi u usporedbi s listopadnim vrstama drveta, što doprinosi većoj pogodnosti u primjeni za gradnju. U zimzelena drva spadaju: bor, omorika, smreka, a u listopadne: breza, bukva, jasen, joha, lipa, hrast i dr.

Kod nas se najčešće koriste omorika i smreka; one predstavljaju visokokvalitetnu građu i služe za izradu nosećih elemenata kao što su ramenjače, uzdužnice okovi itd. Pri većim naprezanjima koristi se bor i jasen (pogodan za velike elastičnosti i žilavosti). Pri naročito velikim naprezanjima koristimo drvo (javora, hrasta, hikoria, oraha itd.)

Poprečni presjek laminiranih elemenata

Vrlo često, a u težnji dobijanja što homogenijih materijala, vrši se tzv. lameliranje. Sječenjem drveta u tanke lamele (dimenzija 4 mm, 5 mm itd.) i ponovnim lijepljenjem dobiva se znatno povećana homogenost. Ovaj način poboljšanja kvalitete drveta koristi se na mjestima visoko-opterećenih elemenata konstrukcija (ramenjače, uzdužnice itd.).

Ljepenka[uredi]

Jedan od najvažnijih materijala koji se upotrebljavaju u gradnji je ljepenka (šper-ploča). Koristi se za oplatu krila, oplatu repnih površina, oplatu trupa, zidove ramenjače itd. Poznajući glavne nedostatke drveta odnosno nehomogenost i različite nosivosti u zavisnosti od smjera djelovanja opterećenja, stvaranjem ljepenke postignuto je ublažavanje ovih nedostataka.

Način postavljanja furnira pri izradi ljepenke

Drvena ljepenka se izrađuje od neparnog sloja furnira (najmanje tri) međusobno sljepljenih pod pravim kutom. Mehanička svojstva ljepenke, odnosno čvrstoća i elastičnost, zavise od otpornosti primijenjenog materijala, njegovih dimenzija i broja slojeva. Najčešće korištene debljine su 0.8; 1; 1.2; 1.5; 1.75; 2; 2.5; i 3 mm, a s tri ili pet slojeva furnira. Breza, bukva i topola, kao i njihove kombinacije, najčešće su primjenjivani materijali u izradi ljepenke. Pošto je i ljepenka podložna utjecaju vlage, slojevi iz kojih se izrađuju ljepenke potapaju se prije sljepljivanja u specijalna sredstva za inpregnaciju ili se već gotova ljepenka premazuje specijalnim lakovima.

Prema kvaliteti izrade i kvaliteti primijenjenog materijala, ljepenku klasificiramo u dvije kategorije:

  • Prva kategorija (aviatik, segler) koristi se pri izradi nosećih elemenata (ramenjača, torzionih kutija, trup itd.);
  • Druga kategorija (normal, glaiter) smije se upotrebljavati samo na slabo opterećenim elementima (obična rebra, okviri itd.).

Da bi se ljepenka pravilno trazvrstala u navedene kategorije, treba izvršiti pregled iste (količina čvorova u mm2, hrapavost, pukotine, mjehuri od ljepenke itd.) prema propisima, treba izvršiti i mehaničko ispitivanje (na lom, lijepljenje i savijanje). Po tome koliko zadovoljava propisane uvjete ljepenka se razvrstava u navedene kategorije.

U tablicama 2 i 3 dat je prikaz mehaničkih osobina drveta i ljepenke:

Tablica 2:
Vrsta drveta Vlažnost Istezanjea Pritisak Savijanje *E II *τMs II
*σ Me II σcelast II *σMc II *σMe σfelast II *σMf II
% kp/dm3 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2
Balza 14-15 0,2 200 - 180 18 - 250 35.000 -
Breza 14-15 0,58-0,68 ~1000 340-380 450-515 110-120 670 1100 125.000 90-100
Bukva 14-15 0,60-0,66 1000 335 455 100-120 575 1000 100.000 90
Jasen bijeli 14-15 0,56-0,62 1000 370 490 160 625 1000 105.000 95
Jasen crni 14-15 0,48-0,53 ~850 285 380 90 450 835 95.000 75
Lipa 14-15 0,36-0,50 700 235-260 315-350 45-50 395 600 88.000-
-95.000
50
Omorika 14-15 0,44-0,50 750-800 280 350-400 80-100 ~505 700-800 ~120.000 55
Smreka 14-15 0,36-0,46 750-800 280 350-400 50-60 435 650-700 ~100.000 55-70
Topola 14-15 0,38-0,43 700 260 350 60 420 640 92.000 55
Hrast 14-15 0,62-0,69 - 350 465 130 550 970 105.000 90
*Υ -specifišna težina *σ Me -maksimalni napor uslijed istezanja *σ Mc -maksimalni napor uslijed pritiska
*σ Mf -maksimalni napor uslijed savijanja *τ Ms -maksimalni tangencialni napor uslijed smicanja *E -modul elastičnosti


Tablica 3:
Debljina
(mm)
Broj
slojeva
Spesifična
težina Υ
Vlažnost
 %
σ Me E *τ Ms
kp/cm2 kp/cm2 kp/cm2
1,0 3 0,76 7,9 uzduž
poprijeko
dijagonalno
906
515
380
107500
61000
34000
226
256
458
1,5 0,77 8,1 uzduž
poprijeko
dijagonalno
717
555
332
91000
62500
29250
210
219
496
2,0 0,73 7,6 uzduž
poprijeko
dijagonalno
1011
488
314
122000
60000
31500
191
248
470
1,5 5 0,90 8,1 uzduž
poprijeko
dijagonalno
1002
818
525
117000
94000
46000
-
2,0 0,84 7,3 uzduž
poprijeko
dijagonalno
1118
846
464
120000
83000
46500
285
347
593