"Stressed skin" - eller bubbliga skinn

[Fredrik L]

Halloj!

En sak jag har funderat över en tid, till och från, är detta med ytans struktur på ett flyplan som utsatts för påfrestning en längre period. Jag har sett en del byggare som kan efterlikna detta på ett helt magnifikt sätt. Men efter att ha bläddrat i en bok med en massa fina bilder på jaktflygplan från svunna tider, så slog det mig igen, att detta "stress symptom" inte finns eller är obetydlig på dessa bilder. Många flygmaskiner som man ser på uppvisningar och muséum har ju helt klart dessa symptom. Men dessa maskiner har ju allt ifrån 30 år eller mer på nacken, och har flugit många timmar.

Min fundering är efter hur lång tid kan detta symptom förväntas dyka upp. Har letat efter förklaring på nätet men hittar inte riktigt det jag söker, så därför står mitt hopp till detta eminenta forum, med så många kunniga människor. Jag förutsätter att förebyggande underhåll har använts inom flyget sedan länge, och många delar av ett flygplan renoveras eller byts ut efter vissa timmar. Så bör en Mustang i operativ tjänst inom det svenska flygvapnet på 50-talet, uppvisa dessa symptom av belastning? Eller ett jaktplan i andra världskriget?

/Fredrik

[bergwall]

Hej,
Ett attraktivt ämne. Det är dessvärre inte så enkelt att fenomenet kan konkretiseras till faktorer som tid, lastnivåer eller lastcykler i någon generell mening. Förutom själva lastsituationen över panelen skulle jag nog nämna skalpanelens tjocklek (plåttjocklek) som en en betydande faktor, japanska flygplan från andra världskriget hade på grund av råvarubrist en något tunnare plåt än andra länders flygplan och effekten var tydligare på deras (sena?) maskiner. Panelernas avstånd till kanten/stödet är en annan inflytelserik faktor. De visuella effekterna kan inte heller definieras av en särskild lastbild; böjning, sträckning, buckling eller skjuvning.

Jag vill minnas att B-52 har ett område strax framför vingen som efter inte alltför lång tid påvisar effekter av skjuvfältsbuckling. Liknande tror jag kan uppträda på Saab 2000 efter hårda landningar eller liknande men jag ska nog låta det vara osvuret. De strukturella effekterna utreds naturligtvis.

Även om flygplanshållf är min dagliga sysselsättning vill jag inte låta det här stå oemotsagt, tvärtom, jag jobbar inte med skalpaneler och det finns utan tvekan folk på jordklotet som kan berätta mer än jag.

Hälsningar
Robert

[magnusf]

Såg att Robert (som till skillnad från mig jobbar med flygplan och då inte enbart deras dekaler ) svarat men jag tror inte vi säger emot varann alltför mycket !

Flygplan byggs så att belastningen ska tas i plåtens plan som dragspänningar, ungefär som om man tar ett A4-papper med en hand i varje ände och drar åt var sitt håll. Till och med pappret är ganska starkt och inte helt enkelt att dra av!

Prova sedan att skjuva pappret genom att dra ena handen från dig och andra handen mot dig medan du håller fast i papprets kanter: där har du din stressed-skin-effect! Det formas diagonala bucklor i pappret.

Ovanstående är förklaringen till fenomenet, hur vanligt förekommande det sedan är vet jag faktiskt inte! Det jag tycker mig ha sett är att både vingar och kropp på större maskiner (typ Lancaster och Liberator) kan vara rätt buckliga även på marken, belastningen på strukturen mellan en tom flygmaskin och en som är fulltankad och laddad skiljer sig mycket åt så jag är övertygad om att det förekommer i vissa situationer. I luften lär det definitivt förekomma men det är ju sällan där våra förebilder befinner sig när vi avbildar dem i modell!

Den mest kända skrynklisen är nog B-52, framkroppen ser ut som halsen på en sköldpadda när den står på marken, men även Boeing 737 kan det tricket:

Kolla framför vingen. Det här är visserligen precis i sättningsögonblicket (framkroppen böjer neråt i förhållande till vingen) så det lär inte synas när den står parkerad!

Fenomenet är inte skadligt i sig om man håller sig inom materialets elastiska område (dvs där plåten går tillbaka till sin ursprungliga form när man avlastar den). Vid överbelastning så har man överskridit denna gräns och bucklorna blir kvar permanent och då har man antagligen gjort annan skada på strukturen också!

Hälsningar

Magnus

[bergwall]

Ja vi är helt överens. Dessvärre är det inte så att man alltid rör sig i det elastiska området, petitess i det här sammanhanget men lokala plastiseringar kan uppträda och nya stabila strukturella tillstånd kan uppstå, fallet med Saab 2000. Man kallar det "postbuckling", ett permanenta tillstånd. Det vi vill gestalta är dock inte alltid skjuvade paneler (737 och B-52) som vingarna på den här SB2C (bild från länk nedan).



Jag hittade den här lämpliga beskrivningen för oss (troligtvis har några redan läst):
http://www.ratomodeling.com/articles/stressed_skin/
Vet inte om jag håller med om att panelerna i samtliga fall skulle buckla/"bubbla" ut från ursprungliga ytan. Troligtvis sant i många fall eftersom stödet (i form av stringer eller spant) ger ett kortare upplägg än vad motsvarande längd på andra sidan (av plåten) med nitskalen på gör.

Men här ser det tex ut att buckla inåt, åt andra hållet.
http://forum.largescaleplanes.com/uploa ... 739205.jpg


Jag hittade även den här bilden i en av Saab:s kurser, det är möjligt man tidigare i större utsträckning praktiserade nedanstående konstruktionslösning (den överkryssade) vilket ökar bucklingseffekterna.


Numera limmar man även skalpanelen mot underliggande stringer/spant vilket gör att effekten troligtvis mildras.

Hittade följande bilder på Mustang, säkrast du gör en egen bedömning. Effekten med buckliga paneler (på vingarna åtminstone) borde varit mindre då vingarna var spacklade.
http://www.51hangar.net/Mustangs/Fear1.jpg

http://www.thescale.info/news/uploads/r ... oundel.jpg

http://i91.photobucket.com/albums/k304/ ... 361FG1.jpg

http://img.photobucket.com/albums/v235/ ... inish3.jpg

[Fredrik L]

Tack, för dessa uttömande svar! Jag tror mig har blivit klokare av dessa. Man får helt enkelt tolka bilder för att avgöra, som i så många andra fall.

/Fredrik

[Dan Kut]

Inte bara flygplan. Jag har set detta fenomen på många båtar. Engelska Royal Navy's fartyg verkar ha det redan från sjösättningen. Titta på fören på denna splitternya Type 45. Det är ännu tydligare med större upplösning.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File ... _(D36).jpg


Jag påstår inte att jag vet något om båtbygge men jag antar att RN har en doktrin med någon fördel som gör att man bygger på detta sätt. "Pre-stress" så som man härdar metaller kanske? Fartyg byggs ju inte i aluminium så det borde inte vara samma för flygplan. Jag menar om ett plan uppvisar alltför mycket bucklingar så måste man nog kassera individen.

Jag bara spånar lite.
\\Dan

[Ulf Lundberg]

Vad gäller fartygsskrov, tror jag effekten uppstår redan när fartyget byggs. Enligt brorsan min, som är ingenjör, bucklas plåten av värmespänningen, redan när den svetsas på plats.

Uffe

[jonaszett]

Är det inte också så att många flygplan bevarade på museum är såna som ställt åt sida pga lättare haverier, hårda landningar, höga G-krafter osv. varefter planen använts vid tex. undervisning och övning och därför bevarats åt eftervärlden?
Z