Λύσεις — Κεφάλαιο 3: Υλικά Κατασκευής Αεροσκάφους — Ερωτήσεις (σελ. 104) – ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 3: Υλικά Κατασκευής Αεροσκάφους — Ερωτήσεις (σελ. 104)
Λύσεις στις 22 ερωτήσεις κατανόησης της ενότητας 1.3 (σελ. 104): μεταλλικά υλικά (χάλυβες, αλουμίνιο, τιτάνιο, μαγνήσιο, χαλκός) και μη μεταλλικά (πλαστικά, ελαστικά, σύνθετα).
Κατηγορίες υλικών α/φών
Ερώτηση: Αναφέρατε τις κατηγορίες υλικών που χρησιμοποιούνται στα α/φη.
Απάντηση:
- §1.3.1. «Τα υλικά των α/φών ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες: μεταλλικά και μη μεταλλικά. Τα μεταλλικά διακρίνονται σε σιδηρούχα και μη σιδηρούχα. Τα μη μεταλλικά διακρίνονται σε πλαστικά, ελαστικά και σύνθετα.»
Σύνοψη: Μεταλλικά (σιδηρούχα και μη σιδηρούχα) και μη μεταλλικά (πλαστικά, ελαστικά, σύνθετα).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μεταλλικά (σιδηρούχα/μη σιδηρούχα) και μη μεταλλικά (πλαστικά/ελαστικά/σύνθετα)
Ο χάλυβας ως κράμα
Ερώτηση: Τι κράμα είναι ο χάλυβας;
Απάντηση:
- §1.3.2.1. «Ο χάλυβας είναι κράμα σιδήρου με μικρή περιεκτικότητα άνθρακα από 0,08% - 2,2%.»
Σύνοψη: Ο χάλυβας είναι κράμα σιδήρου με άνθρακα, σε περιεκτικότητα από 0,08% έως 2,2% (πάνω από 1% ονομάζεται ανθρακούχος χάλυβας).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κράμα σιδήρου-άνθρακα (0,08%-2,2% C)
Μη σιδηρούχα μεταλλικά υλικά δομής
Ερώτηση: Αναφέρατε δύο μη σιδηρούχα μεταλλικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή της δομής του α/φους.
Απάντηση:
- §1.3.2.2. «Τα “μη σιδηρούχα” μέταλλα που χρησιμοποιούνται στα α/φη είναι τα κράματα αλουμινίου, τιτανίου, χαλκού και μαγνησίου.»
Σύνοψη: Ενδεικτικά: κράματα αλουμινίου και κράματα τιτανίου (επίσης αποδεκτά: μαγνήσιο, χαλκός).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Π.χ. κράματα αλουμινίου + κράματα τιτανίου
Αναγνώριση μετάλλου από σπινθήρες
Ερώτηση: Οι σπινθήρες ενός μεταλλικού υλικού στον τροχό είναι κόκκινοι στη βάση και κίτρινοι στα άκρα. Το υλικό είναι;
Απάντηση:
- §1.3.2.1. «Οι κόκκινοι π.χ. σπινθήρες στη βάση και οι κίτρινοι στα άκρα δηλώνουν χυτοσίδηρο.»
Σύνοψη: Χυτοσίδηρος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χυτοσίδηρος
Αναλογία αντοχής χαλυβοκραμάτων/αλουμινίου
Ερώτηση: Ποια είναι η αναλογία της μηχανικής αντοχής των χαλυβοκραμάτων προς τη μηχανική αντοχή των κραμάτων αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, ΙΙΙ. «Οι μηχανικές ιδιότητες αντοχής των χαλύβων-χαλυβοκραμάτων είναι σχεδόν διπλάσιες από αυτές των κραμάτων αλουμινίου.»
Σύνοψη: Περίπου 2:1 — οι χάλυβες/χαλυβοκράματα έχουν σχεδόν διπλάσια μηχανική αντοχή από τα κράματα αλουμινίου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Περίπου διπλάσια (2:1)
Ανοξείδωτοι χάλυβες σε α/φη
Ερώτηση: Αναφέρατε δύο ανοξείδωτους χάλυβες που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εξαρτημάτων του α/φους.
Απάντηση:
- §1.3.2.1. «Οι χρωμιονικελιούχοι χάλυβες είναι το κατ' εξοχήν ανοξείδωτο μεταλλικό υλικό... Τη μεγαλύτερη χρήση σε αεροπορικές εφαρμογές έχει ο ανοξείδωτος “18-8”.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ενδεικτικά: ο χρωμιονικελιούχος ανοξείδωτος χάλυβας «18-8» (18% χρώμιο, 8% νικέλιο) και γενικότερα οι χρωμιούχοι ανοξείδωτοι χάλυβες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Π.χ. ανοξείδωτος 18-8, χρωμιούχος ανοξείδωτος
Κράμα Inconel
Ερώτηση: Τι υλικό είναι το κράμα inconel; Διατηρεί την αντοχή του σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες ή μικρότερες από τα κράματα αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.1. «...χαλυβοκράματα που αντέχουν σε μεγάλες θερμοκρασίες (Νικελίου, Κοβαλτίου).»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το inconel είναι χαλυβόκραμα με βάση το νικέλιο (χρωμιονικελιούχο), σχεδιασμένο να αντέχει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Διατηρεί την αντοχή του σε πολύ μεγαλύτερες θερμοκρασίες από τα κράματα αλουμινίου (τα οποία έχουν όριο περίπου 120 °C).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χαλυβόκραμα νικελίου· αντέχει σε πολύ μεγαλύτερες θερμοκρασίες από το αλουμίνιο
Θερμοκρασιακό όριο κραμάτων αλουμινίου
Ερώτηση: Μέχρι ποιες θερμοκρασίες αντέχουν τα κράματα αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Ι. «Κύριο μειονέκτημα των κραμάτων αλουμινίου είναι το σχετικό μικρό όριο αντοχής στη θερμοκρασία (περίπου 120° C)...»
Σύνοψη: Αντέχουν σε θερμοκρασίες περίπου έως 120 °C· πάνω από αυτό το όριο η αντοχή τους μειώνεται σημαντικά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ~120 °C
Διαφορά Alclad - Unclad ελασμάτων
Ερώτηση: Ποια είναι η διαφορά δύο ελασμάτων των ίδιων διαστάσεων και της ίδιας πρώτης ύλης Alclad και Unclad;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, IV. «Η επίστρωση κατά της διάβρωσης γίνεται ηλεκτρολυτικά από λεπτό στρώμα καθαρού αλουμινίου, με άλλο κατάλληλο μέταλλο ή κράμα... Οι πρώτες ύλες των κραμάτων αυτών με την αντιδιαβρωτική προστασία ονομάζονται Alclad.»
Σύνοψη: Το έλασμα Alclad φέρει επιπλέον λεπτή ηλεκτρολυτική επίστρωση (συνήθως καθαρού αλουμινίου) για προστασία από τη διάβρωση, ενώ το Unclad δεν έχει αυτή την προστατευτική επικάλυψη — είναι το «γυμνό» κράμα. Το Alclad έχει επομένως καλύτερη αντίσταση σε διάβρωση, αλλά απαιτεί προσοχή στη διαμόρφωση ώστε να μην αφαιρεθεί τοπικά η επικάλυψη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Alclad = με προστατευτική αντιδιαβρωτική επίστρωση· Unclad = χωρίς
Εύφλεκτο μη σιδηρούχο κράμα
Ερώτηση: Ποιο από τα “μη σιδηρούχα” κράματα είναι εύφλεκτο;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Μαγνήσιο. «Κύρια μειονεκτήματα των κραμάτων μαγνησίου είναι ότι είναι εύφλεκτα και διαβρώνονται εύκολα.»
Σύνοψη: Το μαγνήσιο (και τα κράματά του) είναι εύφλεκτο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μαγνήσιο και κράματα μαγνησίου
Εφαρμογές κραμάτων τιτανίου
Ερώτηση: Σε ποια στοιχεία του α/φους χρησιμοποιούνται κράματα τιτανίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Τιτάνιο, γ. Εφαρμογές. «Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή εξαρτημάτων στροβιλοκινητήρων, αξόνων περιστροφής των “ολοκίνητων” επιφανειών του ουραίου πτερώματος, σε επικαλύψεις, στα αντιπυρικά διαφράγματα των κώνων και αγωγών εξαγωγής καυσαερίων και στα σύνθετα υλικά.»
Σύνοψη: Σε εξαρτήματα στροβιλοκινητήρων, άξονες περιστροφής των ολοκινούμενων επιφανειών του ουραίου πτερώματος, επικαλύψεις, αντιπυρικά διαφράγματα κώνων/αγωγών εξαγωγής καυσαερίων, και σε σύνθετα υλικά.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Στροβιλοκινητήρες, άξονες ολοκινούμενων επιφανειών, επικαλύψεις, αντιπυρικά διαφράγματα
Ειδικό βάρος μαγνησίου/αλουμινίου
Ερώτηση: Το ειδικό βάρος του μαγνησίου είναι μεγαλύτερο ή μικρότερο από το ειδικό βάρος του αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Μαγνήσιο. «Είναι το ελαφρύτερο μέταλλο και το ειδικό βάρος του ανέρχεται στα 2/3 του ειδικού βάρους του αλουμινίου.»
Σύνοψη: Μικρότερο — το ειδικό βάρος του μαγνησίου είναι περίπου τα 2/3 του ειδικού βάρους του αλουμινίου (το μαγνήσιο είναι το ελαφρύτερο μέταλλο).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μικρότερο (~2/3 του αλουμινίου)
Θερμική κατεργασία και δοκιμή καυστικής ποτάσας
Ερώτηση: Βυθίζουμε εξάρτημα αλουμινίου σε καυστική ποτάσα και παρατηρούμε ότι μαυρίζει. Τι διαπιστώνουμε για το κράμα αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, ΙΙΙ. «Το θερμικά κατεργασμένο κράμα αλουμινίου μαυρίζει, όταν βυθίζεται σε διάλυμα 10% καυστικής ποτάσας, ενώ το μη κατεργασμένο όχι.»
Σύνοψη: Διαπιστώνουμε ότι το κράμα αλουμινίου έχει υποστεί θερμική κατεργασία (θερμικά κατεργασμένο)· το μη θερμικά κατεργασμένο κράμα δεν μαυρίζει σε αυτή τη δοκιμή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Το κράμα είναι θερμικά κατεργασμένο
Αντοχή τιτανίου έναντι αλουμινίου/χάλυβα
Ερώτηση: Τα κράματα τιτανίου έχουν μικρότερη ή μεγαλύτερη αντοχή από τα κράματα αλουμινίου και τα χαλυβοκράματα;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Τιτάνιο, β. «Η αντοχή τους κυμαίνεται μεταξύ των αντίστοιχων τιμών των κραμάτων αλουμινίου και ανοξείδωτου χάλυβα.»
Σύνοψη: Μεγαλύτερη αντοχή από τα κράματα αλουμινίου, αλλά συγκρίσιμη/ελαφρώς μικρότερη έως ενδιάμεση σε σχέση με τα χαλυβοκράματα — η αντοχή τους κυμαίνεται ανάμεσα στις δύο αυτές κατηγορίες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ενδιάμεση: μεγαλύτερη από αλουμίνιο, συγκρίσιμη με χαλυβοκράματα
Ο μπρούντζος ως κράμα
Ερώτηση: Τι κράμα είναι ο μπρούντζος;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Χαλκός. «Ο ορείχαλκος (μπρούντζος) είναι κράμα χαλκού με προσμίξεις ψευδαργύρου, αλουμινίου, σιδήρου, μολύβδου, κ.α.»
Σύνοψη: Είναι κράμα χαλκού (ορείχαλκος) με προσμίξεις ψευδαργύρου, αλουμινίου, σιδήρου ή μολύβδου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κράμα χαλκού (με ψευδάργυρο/αλουμίνιο/σίδηρο/μόλυβδο)
Θερμοκρασιακή αντοχή τιτανίου έναντι αλουμινίου
Ερώτηση: Τα κράματα τιτανίου αντέχουν σε μεγαλύτερες ή μικρότερες θερμοκρασίες από τα κράματα αλουμινίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Τιτάνιο, β. «Αντέχουν σε θερμοκρασίες όπως και τα χαλυβοκράματα» (τα οποία αντέχουν σε πολύ μεγαλύτερες θερμοκρασίες από τα κράματα αλουμινίου, βλ. §1.3.1).
Σύνοψη: Σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες — τα κράματα τιτανίου αντέχουν σε θερμοκρασίες αντίστοιχες με τα χαλυβοκράματα, πολύ υψηλότερες από το όριο των ~120 °C των κραμάτων αλουμινίου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μεγαλύτερες
Θερμοκρασιακή αντοχή χαλυβοκραμάτων έναντι τιτανίου
Ερώτηση: Τα χαλυβοκράματα αντέχουν σε μεγαλύτερες ή μικρότερες θερμοκρασίες από τα κράματα τιτανίου;
Απάντηση:
- §1.3.2.2, Τιτάνιο, β. «Αντέχουν σε θερμοκρασίες όπως και τα χαλυβοκράματα» — δηλ. παρόμοιο επίπεδο θερμοκρασιακής αντοχής.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε παρόμοιες θερμοκρασίες με τα κράματα τιτανίου (το βιβλίο αναφέρει ρητά ότι το τιτάνιο «αντέχει σε θερμοκρασίες όπως και τα χαλυβοκράματα» — άρα ούτε σαφώς μεγαλύτερες ούτε σαφώς μικρότερες).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Περίπου ίδιο επίπεδο θερμοκρασιακής αντοχής με το τιτάνιο
Καταλληλότερο ξύλο για δομή α/φών
Ερώτηση: Ποιο ξύλο είναι καταλληλότερο για την κατασκευή της δομής α/φών;
Απάντηση:
- §1.3.3, Ξύλα. «Οι αδελφοί Wright επέλεξαν ως πρώτη ύλη κατασκευής του α/φους τους ένα είδος ελάτης.»
Σύνοψη: Το έλατο — ήταν το ξύλο που επέλεξαν οι αδελφοί Wright και παρέμεινε η κύρια πρώτη ύλη στα πρώτα χρόνια της αεροπορικής ιστορίας (σήμερα δεν χρησιμοποιείται πλέον ξύλο στην αεροναυπηγική).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Έλατο (ιστορικά· σήμερα δεν χρησιμοποιείται ξύλο)
Θερμοπλαστικά - θερμοστατικά υλικά
Ερώτηση: Αναφέρατε τη βασική διαφορά συμπεριφοράς των θερμοπλαστικών και θερμοστατικών υλικών στη θέρμανση.
Απάντηση:
- §1.3.3, Πλαστικά. «Θερμοπλαστικά Υλικά. Μαλακώνουν, όταν θερμαίνονται και σκληραίνουν, όταν ψύχονται... Θερμοστατικά Υλικά. Σκληραίνουν μετά τη θέρμανσή τους και δεν επηρεάζονται από μετέπειτα αναθερμάνσεις... Αλλοιώνονται, όταν θερμαίνονται. Δεν επαναχρησιμοποιούνται.»
Σύνοψη: Τα θερμοπλαστικά μαλακώνουν όταν θερμαίνονται και ξανασκληραίνουν όταν ψύχονται — η διαδικασία είναι αντιστρέψιμη. Τα θερμοστατικά σκληραίνουν μόνιμα μετά την πρώτη θέρμανσή τους, δεν επηρεάζονται (ούτε μαλακώνουν) από μεταγενέστερες αναθερμάνσεις, και αν θερμανθούν υπερβολικά αλλοιώνονται — δεν επαναχρησιμοποιούνται.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Θερμοπλαστικά: αντιστρέψιμη μαλάκυνση/σκλήρυνση· Θερμοστατικά: μόνιμη σκλήρυνση, μη αναστρέψιμη
Χρήση ελαστικών υλικών στα α/φη
Ερώτηση: Που χρησιμοποιούνται τα ελαστικά υλικά στα α/φη;
Απάντηση:
- §1.3.3, Ελαστικά. «Τα ελαστικά χρησιμοποιούνται στα α/φη για τη στεγανοποίησή τους... την αποφυγή διαρροής υγρών, αερίων και αέρα, για την απόσβεση κραδασμών και τη μείωση του θορύβου.»
Σύνοψη: Χρησιμοποιούνται για τη στεγανοποίηση (αποφυγή εισόδου ακαθαρσιών/νερού και διαρροής υγρών/αερίων/αέρα σε διάφορα συστήματα), καθώς και για την απόσβεση κραδασμών και τη μείωση του θορύβου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Στεγανοποίηση, αποφυγή διαρροών, απόσβεση κραδασμών, μείωση θορύβου
Βασικές κατηγορίες σύνθετων υλικών
Ερώτηση: Αναφέρατε τις βασικές κατηγορίες των σύνθετων υλικών.
Απάντηση:
- §1.3.3, Σύνθετα Υλικά, Ι. «Τα βασικά είδη των σύνθετων υλικών είναι τα ακόλουθα: Ινώδη σύνθετα υλικά... Σύνθετα υλικά πολλών στρωμάτων... Κοκκώδη σύνθετα υλικά.»
Σύνοψη: Ινώδη σύνθετα υλικά (οπλισμός: ίνες εμποτισμένες στη μήτρα), σύνθετα υλικά πολλών στρωμάτων (διαδοχικές στρώσεις υλικών) και κοκκώδη σύνθετα υλικά (οπλισμός: μικρά νημάτια τυχαία διασκορπισμένα στη μήτρα).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ινώδη, πολλαπλών στρώσεων, κοκκώδη
Αντοχή πλαστικού έναντι σύνθετου εξαρτήματος
Ερώτηση: Ένα εξάρτημα είναι κατασκευασμένο μία φορά από πλαστικά υλικά και μία από σύνθετα υλικά. Ποιο εξάρτημα έχει μεγαλύτερη αντοχή;
Απάντηση:
- §1.3.3, Σύνθετα Υλικά. «Ο συνδυασμός του υλικού της μήτρας με τα ενισχυτικά υλικά παρέχει βελτιωμένες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες» — τα ενισχυτικά υλικά (οπλισμός) προσδίδουν μεγάλη αντοχή, κάτι που δεν διαθέτει το απλό πλαστικό χωρίς οπλισμό.
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το εξάρτημα από σύνθετο υλικό έχει μεγαλύτερη αντοχή, διότι ο οπλισμός (ίνες γυαλιού/άνθρακα/Κέβλαρ κ.λπ.) μέσα στη μήτρα προσδίδει σημαντικά αυξημένη μηχανική αντοχή και ελαστικότητα, ιδιότητες που δεν διαθέτει το απλό πλαστικό χωρίς ενίσχυση.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Το σύνθετο υλικό (λόγω του οπλισμού/ενισχυτικού υλικού)
