1. โครงสร้างแซนวิช
ในการออกแบบเครื่องบิน เป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสำหรับนักออกแบบที่จะต้องออกแบบส่วนประกอบให้เบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยไม่สูญเสียความแข็งแรง สิ่งนี้จำเป็นต้องออกแบบโครงสร้างผนังบางให้มีความเสถียรภายใต้แรงดึง แรงอัด และแรงเฉือนรวมกัน ในอดีตยังคงใช้วิธีการออกแบบโครงสร้างเครื่องบินแบบดั้งเดิมในบางพื้นที่ โครงถักและโครง/โครงแบบยาวใช้ในการสร้างเสริมแรงตามยาวและด้านข้างเพื่อปรับปรุงความมั่นคงของกระดาน ในความเป็นจริง โครงสร้างทุติยภูมิบางประเภทยังสามารถออกแบบด้วยโครงสร้างแบบแซนด์วิชเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงและความแข็งแกร่ง โครงสร้างแซนวิชมักจะใช้วัสดุแกนรังผึ้งหรือโฟม

สำหรับโครงสร้าง airfoil ที่มีความสูงของโครงสร้างมาก แผงผิว (โดยเฉพาะแผง airfoil ด้านบน) ที่ใช้โครงสร้างแบบแซนวิชแทนแผงรังผึ้งสามารถลดน้ำหนักได้อย่างมาก สำหรับโครงสร้างแอร์ฟอยล์ที่มีความสูงของโครงสร้างน้อย (โดยเฉพาะพื้นผิวควบคุม) ความสูงเต็มที่ โครงสร้างแบบแซนวิชแทนโครงสร้างแบบบีมริบยังสามารถทำให้น้ำหนักลดลงได้อย่างมาก ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของโครงสร้างแซนวิชคือมีความแข็งและความแข็งแรงในการดัดมากกว่า

โครงสร้างคอมโพสิตแซนวิชของเครื่องบินมักจะใช้วัสดุคอมโพสิตขั้นสูงเป็นแผง และแกนแซนวิชทำจากวัสดุที่มีน้ำหนักเบา ประสิทธิภาพความแข็งดัดของโครงสร้างแซนวิชส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของแผงและความสูงระหว่างแผงสองชั้น ยิ่งความสูงมากเท่าไหร่ ความฝืดในการดัดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แกนแซนวิชของโครงสร้างแซนวิชส่วนใหญ่รับแรงเฉือนและรองรับแผงโดยไม่สูญเสียความมั่นคง โดยปกติแล้วแรงเฉือนของโครงสร้างประเภทนี้จะมีขนาดเล็ก การเลือกวัสดุที่มีน้ำหนักเบาเป็นแกนแซนวิชสามารถลดน้ำหนักของส่วนประกอบได้อย่างมาก นอกจากนี้ ประสบการณ์การใช้โครงสร้างแซนวิชยังแสดงให้เห็นว่าเมื่อประเมินโครงสร้างแซนวิชจากด้านต้นทุน ไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาต้นทุนการผลิตเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาถึงต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของเครื่องบินด้วย

2. โครงสร้างแถบเสริมแรง
การใช้สารทำให้แข็งยังเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการเสริมความแข็งแรงของแผงคาร์บอนไฟเบอร์/อีพ็อกซี่ผนังบาง เช่น แผงด้านข้างของไอดีเครื่องยนต์หรือส่วนท้ายของเครื่องยนต์ ผิวของปีกและบูมหาง เป็นต้น การใช้ซี่โครงสามารถ ปรับปรุงความแข็งแกร่งและความมั่นคงของโครงสร้างได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

3. โครงสร้างซี่โครงรูปตัวเอที่เต็มไปด้วยโฟม
American NASA และ European Airbus ซึ่งใช้โครงสร้างแบบแซนวิชและแถบเสริมความแข็งมาเป็นเวลาหลายปี เมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้เสนอโครงสร้างแถบเสริมความแข็งแบบเติมโฟมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบโครงสร้างและกระบวนการผลิตให้มากที่สุด เช่น AIRBUS A380 กรอบทรงกลม ของห้องโดยสารสุญญากาศ เป็นต้น

โฟม PMI: โฟม PMI (Polymethacrylimide, polymethacrylimide) สามารถทนต่อข้อกำหนดของกระบวนการบ่มวัสดุคอมโพสิตที่อุณหภูมิสูงหลังจากผ่านการบำบัดที่อุณหภูมิสูงอย่างเหมาะสม ซึ่งทำให้โฟม PMI ถูกใช้อย่างกว้างขวางในด้านการบิน โฟม PMI ความหนาแน่นปานกลางมีคุณสมบัติการคืบอัดที่ดีและสามารถนึ่งที่อุณหภูมิ 120oC -180oC และความดัน 0.3-0.5MPa โฟม PMI สามารถตอบสนองความต้องการด้านประสิทธิภาพการคืบของกระบวนการบ่มพรีเพกตามปกติ และสามารถรับรู้ถึงการบ่มร่วมของโครงสร้างแซนวิช ในฐานะที่เป็นวัสดุการบินและอวกาศ โฟม PMI เป็นโฟมเซลล์ปิดที่แข็งสม่ำเสมอโดยมีขนาดรูพรุนเท่ากัน โฟม PMI ยังสามารถตอบสนองความต้องการ FST ได้อีกด้วย คุณสมบัติอีกประการของโครงสร้างแซนวิชโฟมเมื่อเทียบกับโครงสร้างแซนวิชรังผึ้ง NOMEX® ก็คือ ความต้านทานต่อความชื้นนั้นดีกว่ามาก เนื่องจากโฟมเป็นเซลล์ปิด ความชื้นและความชื้นจะเข้าสู่แกนแซนวิชได้ยาก แม้ว่าโครงสร้างแซนวิชแบบรังผึ้ง NOMEX® ยังสามารถอบร่วมได้ แต่จะทำให้ความแข็งแรงของแผงคอมโพสิตลดลง เพื่อหลีกเลี่ยงการยุบตัวของวัสดุแกนกลางหรือการเลื่อนด้านข้างระหว่างกระบวนการบ่มร่วม โดยปกติแล้ว ความดันในการบ่มจะอยู่ที่ 0.28-0.35 MPa แทนที่จะเป็น 0.69 MPa ของลามิเนตทั่วไป ซึ่งจะทำให้รูพรุนของแผ่นคอมโพสิตสูงขึ้น นอกจากนี้ เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนของโครงสร้างรังผึ้งมีขนาดใหญ่ ผิวจึงได้รับการรองรับที่ผนังรังผึ้งเท่านั้น ซึ่งจะทำให้เส้นใยโค้งงอและลดความแข็งแรงของผิวคอมโพสิตลามิเนต

จากการเปรียบเทียบระหว่างวัสดุแกนรังผึ้งและโฟม โดยปกติจะเลือกวัสดุโฟมเป็นวัสดุแกนไส้ของโครงสร้างซี่โครงรูปตัว A เมื่อใช้เป็นแม่พิมพ์แกน จะทำหน้าที่เป็นวัสดุแกนโครงสร้างของซี่โครงรูปตัว A ยังเป็นวัสดุเสริมกระบวนการ

โฟม PMI ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุแกนกลางโฟมโครงสร้างแซนวิชในโครงสร้างเครื่องบินต่างๆ ได้สำเร็จ การใช้งานที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งคือแผงด้านข้างช่องรับอากาศของเครื่องยนต์ที่ด้านหลังของเครื่องบิน Boeing MD 11 การตัดเฉือนที่แม่นยำ CNC และเทอร์โมฟอร์มของโฟมช่วยลดต้นทุนในการวางได้อย่างมาก วัสดุแกนโฟม PMI ประสิทธิภาพสูงมีความต้านทานแรงอัดและการคืบที่ดีในระหว่างกระบวนการบ่ม เพื่อให้แผงกระชับและพื้นผิวไม่เรียบ เมื่อเปรียบเทียบกับแกนรังผึ้ง โครงสร้างรูพรุนแบบไอโซโทรปิกของโฟม PMI ยังสามารถตอบสนองความต้องการด้านความเสถียรของมิติภายใต้แรงดันด้านข้างในระหว่างกระบวนการบ่มของหม้อนึ่งความดัน ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างรังผึ้งไม่จำเป็นต้องใส่โฟม นอกจากนี้ โฟมยังสามารถถ่ายเทแรงดันของหม้อนึ่งความดันไปยังชั้นของแผงใต้โฟมได้เท่าๆ กัน ทำให้มีขนาดกะทัดรัด โดยไม่มีข้อบกพร่องที่พื้นผิว เช่น รอยบุ๋ม โครงสร้างแถบเสริมความแข็งชนิด A ที่เต็มไปด้วยโฟมสามารถนำไปใช้กับส่วนประกอบต่างๆ เช่น พื้นผิวปล่อยเรดาร์ ผนัง Nacelle ผิวลำตัวเครื่องบิน และตัวปรับความคงตัวในแนวดิ่ง

4.การเติมโฟมใหม่ล่าสุด โครงสร้างแถบแข็ง
ซี่โครงที่เต็มไปด้วยโฟมคือการใช้งานล่าสุดในโครงสร้างโครงดันหลังของแอร์บัส A340 และ A340-600 จนถึงตอนนี้ ROHACELL® 71 WF-HT เกือบ 1,700 ลำที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนและประมวลผลด้วย CNC ได้ถูกส่งไปยังโรงงาน Airbus Stade ใกล้ฮัมบูร์กเพื่อให้ A340 ใช้งาน ในระหว่างขั้นตอนการวางและการบ่ม โฟมที่ขึ้นรูปจะทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์หลัก ในระหว่างการบ่ม โฟม PMI มีความต้านทานการคืบอัดและความคงตัวของมิติที่ดี ดังนั้น ภายใต้สภาวะการบ่มที่ 180oC, 0.35MPa และ 2 ชั่วโมง จึงมีการนำกระบวนการบ่มโครงสร้างแซนวิชมาใช้เพื่อลดต้นทุน โฟม PMI สามารถรับประกันได้ว่าพรีเพกรอบซี่โครงจะถูกบีบอัดอย่างสมบูรณ์ ซึ่งสามารถทดแทนได้ดีสำหรับเครื่องมือถุงลมนิรภัยแบบเป่าลม หลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ เช่น การใช้ถุงลมนิรภัยแบบเป่าลมที่ต้องมีการบ่มหลายครั้ง จนถึงขณะนี้ มีการผลิตเฟรมดันหลังมากกว่า 170 ชิ้นสำเร็จ และไม่มีของเสีย สิ่งนี้ยังพิสูจน์ความน่าเชื่อถือและความเป็นไปได้ของกระบวนการเสริมแถบโฟม PMI

จากความสำเร็จของโครงดันหลังของ A340 ใหม่ที่ใช้โครงสร้างซี่โครงที่เติมโฟม PMI โครงดันหลังของ A380 ก็ใช้เทคโนโลยีนี้เช่นกัน ในโครงสร้างของ A380 โครงโฟมมีความยาว 2.5 ม. และรูปทรงเรขาคณิตค่อนข้างซับซ้อนกว่า การประมวลผลโฟม PMI และการขึ้นรูปด้วยความร้อนทำได้ง่ายขึ้น ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการออกแบบซี่โครงไส้โฟม ปัจจุบัน ซี่โครงโฟมแปรรูปจำนวน 200 ชิ้นได้ถูกส่งไปยังโรงงาน Airbus Stade เพื่อใช้งาน AIRBUS A 380

5. การวิเคราะห์โครงสร้างของโฟมที่เต็มไปด้วยโครงสร้างแถบแข็ง
ตัวอย่างต่อไปนี้จะกล่าวถึงความเป็นไปได้ของวัสดุแกนโฟม PMI เพื่อให้ได้ต้นทุนและน้ำหนักที่เหมาะสมที่สุด และเป็นไปตามข้อกำหนดสองประการในการใช้ซี่โครงรูปตัว A จะมีการหารือกันที่นี่ว่าวัสดุแกนโฟมไม่เพียงแต่สามารถใช้เป็นแม่พิมพ์หลักในกระบวนการวางและการบ่มเท่านั้น แต่ยังสามารถมีบทบาททางโครงสร้างบางอย่างในซี่โครงได้อีกด้วย เนื่องจากโฟมมีแรงอัดสูง จึงสามารถปรับปรุงเสถียรภาพของโครงสร้าง ลดชั้นพรีพรีกในโครงสร้างแซนวิช และบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดน้ำหนัก

ภายใต้การดัดงอและแรงกดตามแนวแกน โครงสร้างคอมโพสิตที่มีผนังบางมักเกิดความล้มเหลวอย่างมั่นคง ความไม่เสถียรจะเกิดขึ้นที่ส่วนรับแรงอัดเสมอก่อนที่วัสดุจะถึงค่าแรงรับแรงอัด วิธีที่สมบูรณ์และมีประสิทธิภาพคือการยึดซี่โครงเสริมเข้ากับโครงสร้างเปลือกเพื่อปรับปรุงความสามารถในการป้องกันความไม่เสถียรของโครงสร้างเปลือก แก้มยางและขอบนูนของโครงสร้างร่องรูปตัว A กลวงนั้นมีแนวโน้มที่จะไม่มั่นคง ส่งผลให้โครงสร้างเสียหายก่อนเวลาอันควร

เมื่อเทียบกับซี่โครงรูปตัว A กลวง ในซี่โครงที่เติมโฟม PMI วัสดุแกนโฟมไม่เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์หลักในระหว่างกระบวนการผลิตเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นวัสดุโครงสร้างเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันความไม่เสถียร ก่อนรักษารูปร่างและความแข็งแรงของโครงสร้าง กำลังรับแรงอัดในระนาบของแถบเสริม A เสริมโฟมนั้นเปรียบเทียบกับแถบเสริมกลวง เมื่อโครงสร้างผ่านความไม่เสถียรขั้นต้น ภาระความไม่เสถียรจะเพิ่มขึ้นประมาณ 100% วัสดุหลักส่วนใหญ่รองรับแรงดึงและแรงอัดในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวด้านข้างของซี่โครง เพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของโครงสร้างก่อนเวลาอันควรก่อนที่แผงคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์/อีพ็อกซี่จะถึงจุดคราก

6. บทสรุป
การใช้แกนโฟม PMI สามารถใช้เป็นแม่พิมพ์หลักในการผลิตซี่โครงรูปตัว A ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการวางและการบ่มส่วนประกอบได้อย่างมาก สามารถวางพรีเพกบนแม่พิมพ์แกนโฟมได้อย่างง่ายดาย โครงสร้างช่องว่างแบบไอโซโทรปิกของโฟม PMI และแรงอัดและการต้านทานการคืบที่ดีในระหว่างรอบการบ่มด้วยหม้อนึ่งความดันช่วยให้สามารถรับรู้กระบวนการบ่มร่วมแบบขั้นตอนเดียวได้ เราสามารถสรุปได้ว่าการใช้โฟม PMI ที่เติมโครงเสริมแรงรูปตัว A สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันความไม่เสถียรของโครงสร้างคาร์บอนไฟเบอร์/อีพ็อกซี่ที่มีผนังบางได้อย่างมีนัยสำคัญ การใช้สารทำให้แข็งสามารถเพิ่มความแข็งแรงของความล้มเหลวของผลผลิตได้ประมาณ 30% และความแข็งแรงของความล้มเหลวของความไม่เสถียรประมาณ 100%