Konstrukcija i gradnja jedrilice/Drvo

U zrakoplovstvu se do Prvog svjetskog rata kao materijal za gradnju koristilo isključivo drvo. Danas se drvo sve manje koristi jer je zamijenjeno lakim slitinama i armiranom plastikom.

Osobine

Kao konstruktivni materijal drvo ima mnoge prednosti pred ostalim materijalima, ima malu specifičnu težinu, nisku cijenu, pogodno je za najrazličitiju, vrlo jeftinu i brzu obradu, lako se održava i ima mogućnost brzog popravka, ima visoku otpornost na zamor, visoku granicu proporcionalnosti, kao i praktično neiscrpan izvor sirovina.

Međutim, drvo ima i velike mane i nedostatke. Na prvom mjestu je nehomogenost i anizotropnost materijala. Ovo dovodi do toga da mehaničke osobine drveta zavise od smjera djelovanja opterećenja u odnosu na prostiranje vlakana. Varijacije mogu biti i od 30 ili 40%. Pored ovoga, drvo je podložno utjecaju kukaca, mikroorganizama i atmosferskih promjena. Greške, odnosno nepravilnosti u strukturi drveta – čvorovi, smolne kesice, usukanost linija godova i tok vlakana, pukotine od sušenja, trulež itd. – moraju se eliminirati prije korištenja u gradnji, pošto ova mjesta izazivaju smanjenje nosivosti elemenata. Na slikama se vide neke od navedenih nepravilnosti drveta.

Nepravilnosti rasta: a) čvorovi i različita širina rasta godova, b) smolne kesice i pukotine; pravilan rast drveta

Smolne kesice i loši smjer godova

Kako je već spomenuto, otpornost drveta nije ista u svim smjerovima. Razlikuju se tri glavne vrste opterećenja, odnosno naprezanja: u smjeru vlakana, normalno na vlakna u radijalnom smjeru i normalno na vlakna u tangencijalnom smjeru. Čvrstoća drveta na istezanje u smjeru vlakana dva puta je veća od čvrstoće na pritisak. Čvrstoća na pritisak u smjeru vlakana 4 puta je veća od čvrstoće na pritisak okomito na vlakna. Slični odnosi postoje i za ostale smjerove opterećenja, a u odnosu na smjer vlakana. Vrlo značajan faktor je i vlažnost drveta. Vlažnost drveta koja se primjenjuje u zrakoplovstvu mora biti u granicama od 12% do 15%. Sadržaj vlage u znatnoj mjeri utječe na mehaničke osobine drveta. Povećanje vlažnosti za 1% izaziva pad čvrstoće za 3%, a pritisak za 5%, na savijanje 4%, na smicanje 3%, tvrdoću za 3%, a modul elastičnosti za 2%. Najveća čvrstoća na lom drveta dobiva se pri vlažnosti oko 7.5%. Prije upotrebe drveta potrebno je pažljivo izabrati i kontrolirati kvalitetu materijala. Pored uvjeta da drvo nema nepravilnosti u strukturi, moraju se zadovoljiti i uvjeti vlažnosti (12 do 15%), pravilnost godova i njegove gustoće (5 do 10 godova na 1 cm), kao i otpornosti na opterećenje.

Drvo dijelimo na dvije grupe: zimzelene (vazdazelene; četinare) i listopadne. Pored ove podjele, možemo ga razvrstati i prema tvrdoći, i to na: mekano, srednje tvrdo i tvrdo. Ako usporedimo zimzelene i listopadne utvrđujemo da su ove prve homogenije i jednostavnije po strukturi u usporedbi s listopadnim vrstama drveta, što doprinosi većoj pogodnosti u primjeni za gradnju. U zimzelena drva spadaju: bor, omorika, smreka, a u listopadne: breza, bukva, jasen, joha, lipa, hrast i dr.

Kod nas se najčešće koriste omorika i smreka; one predstavljaju visokokvalitetnu građu i služe za izradu nosećih elemenata kao što su ramenjače, uzdužnice okovi itd. Pri većim naprezanjima koristi se bor i jasen (pogodan za velike elastičnosti i žilavosti). Pri naročito velikim naprezanjima koristimo drvo (javora, hrasta, hikoria, oraha itd.)

Poprečni presjek laminiranih elemenata

Vrlo često, a u težnji dobijanja što homogenijih materijala, vrši se tzv. lameliranje. Sječenjem drveta u tanke lamele (dimenzija 4 mm, 5 mm itd.) i ponovnim lijepljenjem dobiva se znatno povećana homogenost. Ovaj način poboljšanja kvalitete drveta koristi se na mjestima visoko-opterećenih elemenata konstrukcija (ramenjače, uzdužnice itd.).

Ljepenka

Jedan od najvažnijih materijala koji se upotrebljavaju u gradnji je ljepenka (šper-ploča). Koristi se za oplatu krila, oplatu repnih površina, oplatu trupa, zidove ramenjače itd. Poznajući glavne nedostatke drveta odnosno nehomogenost i različite nosivosti u zavisnosti od smjera djelovanja opterećenja, stvaranjem ljepenke postignuto je ublažavanje ovih nedostataka.

Način postavljanja furnira pri izradi ljepenke

Drvena ljepenka se izrađuje od neparnog sloja furnira (najmanje tri) međusobno sljepljenih pod pravim kutom. Mehanička svojstva ljepenke, odnosno čvrstoća i elastičnost, zavise od otpornosti primijenjenog materijala, njegovih dimenzija i broja slojeva. Najčešće korištene debljine su 0.8; 1; 1.2; 1.5; 1.75; 2; 2.5; i 3 mm, a s tri ili pet slojeva furnira. Breza, bukva i topola, kao i njihove kombinacije, najčešće su primjenjivani materijali u izradi ljepenke. Pošto je i ljepenka podložna utjecaju vlage, slojevi iz kojih se izrađuju ljepenke potapaju se prije sljepljivanja u specijalna sredstva za inpregnaciju ili se već gotova ljepenka premazuje specijalnim lakovima.

Prema kvaliteti izrade i kvaliteti primijenjenog materijala, ljepenku klasificiramo u dvije kategorije:

• Prva kategorija (aviatik, segler) koristi se pri izradi nosećih elemenata (ramenjača, torzionih kutija, trup itd.);
• Druga kategorija (normal, glaiter) smije se upotrebljavati samo na slabo opterećenim elementima (obična rebra, okviri itd.).

Da bi se ljepenka pravilno trazvrstala u navedene kategorije, treba izvršiti pregled iste (količina čvorova u mm², hrapavost, pukotine, mjehuri od ljepenke itd.) prema propisima, treba izvršiti i mehaničko ispitivanje (na lom, lijepljenje i savijanje). Po tome koliko zadovoljava propisane uvjete ljepenka se razvrstava u navedene kategorije.

U tablicama 2 i 3 dat je prikaz mehaničkih osobina drveta i ljepenke:

Tablica 2:

Vrsta drveta	Vlažnost	*Υ	Istezanjea	Pritisak			Savijanje		*E II	*τMs II
			*σ Me II	σcelast II	*σMc II	*σMe	σfelast II	*σMf II
	%	kp/dm3	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2
Balza	14-15	0,2	200	-	180	18	-	250	35.000	-
Breza	14-15	0,58-0,68	~1000	340-380	450-515	110-120	670	1100	125.000	90-100
Bukva	14-15	0,60-0,66	1000	335	455	100-120	575	1000	100.000	90
Jasen bijeli	14-15	0,56-0,62	1000	370	490	160	625	1000	105.000	95
Jasen crni	14-15	0,48-0,53	~850	285	380	90	450	835	95.000	75
Lipa	14-15	0,36-0,50	700	235-260	315-350	45-50	395	600	88.000- -95.000	50
Omorika	14-15	0,44-0,50	750-800	280	350-400	80-100	~505	700-800	~120.000	55
Smreka	14-15	0,36-0,46	750-800	280	350-400	50-60	435	650-700	~100.000	55-70
Topola	14-15	0,38-0,43	700	260	350	60	420	640	92.000	55
Hrast	14-15	0,62-0,69	-	350	465	130	550	970	105.000	90
*Υ -specifišna težina *σ Me -maksimalni napor uslijed istezanja *σ Mc -maksimalni napor uslijed pritiska *σ Mf -maksimalni napor uslijed savijanja *τ Ms -maksimalni tangencialni napor uslijed smicanja *E -modul elastičnosti

Tablica 3:

Debljina (mm)	Broj slojeva	Spesifična težina Υ	Vlažnost  %	σ Me		E	*τ Ms
					kp/cm2	kp/cm2	kp/cm2
1,0	3	0,76	7,9	uzduž poprijeko dijagonalno	906 515 380	107500 61000 34000	226 256 458
1,5		0,77	8,1	uzduž poprijeko dijagonalno	717 555 332	91000 62500 29250	210 219 496
2,0		0,73	7,6	uzduž poprijeko dijagonalno	1011 488 314	122000 60000 31500	191 248 470
1,5	5	0,90	8,1	uzduž poprijeko dijagonalno	1002 818 525	117000 94000 46000	-
2,0		0,84	7,3	uzduž poprijeko dijagonalno	1118 846 464	120000 83000 46500	285 347 593