PWS: Het optimale materiaal voor de vleugel van een Cessna 172
-
Hallo,
Wij zijn Christian en Nico uit 6VWO. Ons profielwerkstuk is verbonden aan het vak natuurkunde. Het profielwerkstuk gaat over het optimale materiaal voor de vleugel van een Cessna 172. We hebben ons praktische gedeelte al wat versimpeld, maar desondanks hebben we materialen en apparatuur nodig die we zelf niet of moeilijk kunnen verkrijgen. Sommige apparatuur hebben we op een Open Dag gezien bij de TU Delft en aangezien alle benodigdheden met de vliegtuigbouw te maken hebben, dachten we dat de TU Delft ons verder kon helpen. We zouden graag een eigen proef willen doen (we hebben een onderzoeksplan).Onderzoeksplan
Benodigdheden
• Klem/bankschroef
• 4X aluminium, messing, carbon, glare, staal staafje van 110x14,7x1,80 mm
• Gewichtjes om aan de vleugel te hangen (samen moeten ze een kracht van 430 N kunnen leveren)
• Een Newton Meter (Een apparaat die tot minstens 500 Newton kan meten)
• Thermometer
• Een apparaat dat de uitzetting heel nauwkeurig kan meten
• Een apparaat dat steeds met constante tijdsintervallen kort kracht uitoefent zodat metaalmoeheid getest kan worden
• Timer- Apparaat om mee te koelen
- Apparaat om mee te verhitten
- Badje
Test
De materialen worden op verschillende factoren getest om hun geschiktheid voor de vliegtuigvleugel van een Cessna 172 te testen.
Sterkte:
• Bij deze test wordt het aluminium staafje in een bankschroef klem (of een andere soort klem) vastgeklemd. Het ene uiteinde (dat niet vast is geklemd) moet los boven de grond zweven. Hierbij is het belangrijk dat het aluminium staafje dat gebruikt wordt voor de metingen plat en rechthoekig is. Aan het uiteinde dat niet vast is geklemd wordt een Newton meter verbonden. Met behulp van de Newton meter wordt het aluminium staafje dan met verschillende krachten belast.
• Metaalmoeheid wordt ook getest. Hierbij is een soort machine nodig die op korte intervallen krachten uitoefent op het materiaal. Het beste hierbij is om het materiaal minstens een dag deze metaalmoeheid test ondergaat. De tijd totdat het materiaal breekt zal geregistreerd moeten worden.Uitzetting en inkrimping
• Voor de inkrimping wordt het materiaal eerst tot ongeveer -14,5°C afgekoeld (temperatuur op ongeveer 4000 m hoogte). Daarna kan de inkrimping van het materiaal gemeten worden. Dit kan door middel van hele precieze meetapparatuur gedaan worden.
• Voor de uitzetting wordt het materiaal verhit tot 100 graden Celsius. De vleugels van de Cessna 172 liggen maar een meter van de motor af (schuin boven de motor). Aangezien de motor 150+ graden wordt, is 100 graden rond de vleugels wel aannemelijk. Na het verhitten kan de uitzetting gemeten worden.
• Om te bepalen of het materiaal tegen de extreme omstandigheden in de lucht kan, moet bepaald worden of de uitzetting en inkrimping niet permanent zijn. Er moet dus bepaald worden of de materialen bij de bovenstaande temperaturen elastische of plastische vervorming ondervinden.
Voor de inkrimping wordt het materiaal tot -14,5°C afgekoeld en dan voorzichtig in een warmwater bad van rond de 30 graden gedaan. De gemiddelde temperatuur in Nederland, genomen over het hele jaar, is 10,1 graden Celsius. Door temperatuur in Nederland en de warmte door de energie van het vliegtuig zelf geleverd, is een verandering van 30 graden aannemelijk.
Voor de uitzetting wordt het materiaal verhit tot 100 graden Celsius en dan voorzichtig afgekoeld tot 10,1 graden Celsius.
Nadat het materiaal is verwarmd of afgekoeld, zal het weer nauwkeurig gemeten worden om de vervorming te bepalen. Deze test zal vaker herhaald worden om te kijken of het materiaal meerde malen tegen deze temperatuurverandering bestand is. -
Beste Nico en Chris, @ChrisMeul
Welke materialen hebben jullie precies nodig? Ik denk dat jullie school zelf bijvoorbeeld wel een klem/bankschroef, newton meter, gewichtjes etc. heeft.
Het lijkt me dat jullie vooral carbon en glare nodig hebben via ons.
Ik ga kijken of ik hieraan kan komen voor jullie.Groetjes,
Juul
-
Beste Juul,
We zouden graag met staal, aluminium, messing, glare en carbon willen meten. Staal, aluminium en messing hebben we zelf al geregeld. Het zou super zijn als de TU Delft ons carbon en glare kan leveren. We zouden een deel van ons onderzoek op school kunnen doen, maar graag zouden we de uitzetting en inkrimping en metaalmoeheid testen bij jullie, aangezien deze onmogelijk op school te meten zijn.
-
-
Beste Juul, @Juul-Jongbloed
Is het gelukt om de materialen te regelen? Mogen we nog de uitzetting en metaalmoeheid bij jullie komen meten?
Met vriendelijke groet,
Christian
-
Beste Christian, @ChrisMeul
Ik moet jullie helaas teleurstellen dat ik de materialen niet heb kunnen regelen. Misschien kunnen jullie je beperken tot slechts een materiaal en dit via het internet kopen?? De testen kunnen sowieso niet door jullie zelf op de TU worden uitgevoerd. Ik had heel erg gehoopt dat jullie met een van de 1ejaars projectgroepen konden meekijken, maar helaas zijn die allemaal al geweest.
Ik vind het jammer dat ik jullie niet verder heb kunnen helpen. Misschien toch slim om naar een iets simpeler praktisch gedeelte te kijken? Als jullie willen sparren over ideeen hoor ik het graag!
Groetjes
-
