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海上翼 2008-7-14 00:00

关于飞机制造中的结构材料选择问题(木材篇)

木材篇
木材是人类最早接触到的材料之一(也是我最早接触到的。。。),也是最容易找到的材料。木材有悠久的运用历史,人类对木材的性质、加工都非常熟悉。用木材造东西,那几乎是人类的本能。
坛子里面很多人在谈论“美国云杉”,其实光论强度,肯定是热带的那些硬木强。但针叶树特别是杉科通常可得到的材料比较直且节疤较少。阔叶树虽然强度高但节疤太多了没法做成大材,而且太重(有些可以沉到水底)。

木材主要优点是密度比较低,木浮于水是人人都知道的常识,这导致木材通常可以在同样的重量下比其他材料得到更大的截面积,这点对受弯或者受压的情况下作用显著。当然,如果需要在最小截面上得到高强度,那还是用钢材好(比如拉索)。
木材质地松软,很好加工,比如砍、锯、刨。各种连接方法人类都非常地熟悉,比如榫接、钉接、胶接等等。这些连接方式需要的设备都很简单。

但木材毕竟是天然材料,有它固有的问题:
1, 材料性能受木材含水量变化,会导致木材变形,而这个含水量很容易随着环境变化
2, 它是生物材料,因此内部材质不均匀,还有个虫蛀霉变的问题
选材和处理是木材应用的一个重要课题。
很明显,这两步不是一般的人可以很容易得在自家解决的。
含水量的问题一般通过长年干燥以及使用树脂灌注解决。同时树脂灌注可以消除虫蛀和霉变的问题,但灌注后木材的密度会增加,当然成本也比较高。
为了解决木材材质不均匀得问题,人类发明了层压板:将木材剥成薄板,然后将薄板横纵交替层叠胶接压紧直至得到需要得厚度为止,层数总是奇数层。这样处理方法可以做到自然界无法得到的非常大型的板材,且材质非常均匀——即使局部有些节疤也不会影响整体强度。
同时人们还可以将密度轻或廉价的木材放在中间,而外层使用强度高的材料或者装饰效果好的材料。这样可以得到轻而强、美观而廉价的产品。
在中国市场上通常不用木材作为强度极限运用材料,仅仅作为装饰品或者填充物,所以在中国这个层压板只能是美观而廉价的产品(很多厚一些的层压板在国内不是层层叠加的而是仅仅表面有装饰层,内部用小木头夹心完事)。轻而强的层压板产品中国市场基本不需要,所以我们通常都找不到。
同样道理, 你要在国内试图找到美国市场供应的木料也是不可能的。美国在建筑业上特别是在家庭住宅中,木料的应用基本和中国的钢筋混凝土那么广泛,如果说中国的住宅是树立在钢筋混凝土上的,那么美国的都是用木头立起来的。在美国买到合适的木料和中国买钢筋差不多容易。

有这么多问题之后,我的结论是在国内找木材按美国的图纸去做飞机是件很痛苦的事情,尽管美国人总把木头飞机说得那么人性化天然化简易化。而且从飞机的发展历程来看,木材终究不是一种适合飞行的材料。

oldworld 2008-7-14 18:46

有没有木材的参数?

不知道有没有国内木材的参数?主要是密度、顺纹和横纹的拉/压/剪的强度/刚度、泊松比参数。

飛行蛙 2008-7-14 21:37

好东西,收藏也,谢谢楼主提供好的讯息!谢谢!
我最喜欢木头

zhanying 2008-7-14 22:42

胶合板或层压板当中航空用与普通民用的生产工艺完全不同!普通的胶合板即便是美国的也是不能用于飞机制造地!而国内也同样有工厂批量生产航空用胶合板.

普通胶合板和航空用胶合板最典型的区别在与其生产中的胶接,普通胶合板是在木材上直接刷胶,而航空用胶合板是需要用预浸胶纸,前者的含胶量是无法精细控制的,而后者则可以控制板材的含胶量,同时所用的胶也有很大的不同,航空胶合板有较高的耐浸泡性能.而普通的民用胶合板则没有这方面的要求.

建国初期国内的航空俱乐部等体育部门使用了大量的木制的飞机(滑翔机),其很多还都是航空俱乐部自己制造的,所使用的木材也都不是进口的,而是从木材加工厂买到的木料.东北地区使用的多数是白松等木材.而航空胶合板这种当时比较紧俏的物资多数情况下不过是用来充当局部加强的材料而已(类似现在的玻璃钢或碳纤维的用法)

海上翼 2008-7-14 23:13

[quote]原帖由 [i]oldworld[/i] 于 2008-7-14 18:46 发表 [url=http://www.cnfunfly.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=14818&ptid=1425][img]http://www.cnfunfly.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
不知道有没有国内木材的参数?主要是密度、顺纹和横纹的拉/压/剪的强度/刚度、泊松比参数。 [/quote]

外国的木头和外国的月亮都是一回事。

关键在于制成木料后的情况与你从市场如何取得的问题。

zhanying 2008-7-14 23:23

一般来说木材的密度,顺纹横纹的强度等参数去图书馆或新华书店农林科目当中找找都应该能找到相关的手册.

市场活动其实也比较简单,由于我们用的木料的尺寸都不大,多数情况下与门口线等材料尺寸类似(木方或许略大一些),可以直接去木线店(厂)定制,至于较大尺寸的木方,由于获得我们所需的要求的可能性较小,且价格较高,可以定制小尺寸的然后自己压合成层压木.
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