wood materials in aircraft...

July 20042009 Lecture Side

Lecture by

Suradet TantrairatnInstructor and Researcher

Chapter Seven

January 2009

Wood Materials in Aircraft

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.

Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials Page 2

Why we have to learn Wood Materials

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.

• Aircraft Wood

• Sport Aviation December, 1998

by Ron Alexander

• From the very beginning of aviation wood has been used in aircraft construction. Early aircraft designers

and builders often used ash or hickory. They were looking for a type of wood that would be relatively

lightweight in addition to being very strong. Just prior to World War I, Sitka Spruce was discovered by

aircraft builders and found to be very well suited to their needs. The strength to weight ratio was

discovered to be very favorable for aircraft use. Several other types of wood had similar strength to

weight ratios but were not as easily harvested or as plentiful. At the time, spruce proved to be the best

choice, not only because of the physical characteristics, but of equal importance was the fact that

spruce was readily available and easy to use as a building material. With the advantages noted, spruce

became very widely accepted as the primary material to be used in building an airplane.

• With the advent of World War II,. During this time in aviation history spruce was cheaper than aluminum

or steel.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.

• Today spruce and other types of wood remain somewhat popular for aircraft construction. Many aircraft designers

and kit manufacturers within the sport aviation industry use wood as a primary structure. If wood is not the primary

structure it is almost sure to be found in some component part. Wood is not as strong as steel or aluminum

however; the construction can be so designed that the necessary strength is achieved with corresponding savings

in weight. Many designers prefer to use wooden spars in acrobatic aircraft because the wood will better withstand

the bending loads imposed during aerobatics. Unlike metal, wood does not weaken from fatigue. This, of course, is

an advantage to the aircraft builder. Wood is used in fabricating spars, building ribs, floorboards, instrument

panels, wing tip bows, longerons and stringers, leading edges, etc. Wood is easily formed into shapes making it the

obvious choice for wing tip bows, leading edges, and wing walkways. Woodworking is a skill that is easily learned

by the novice who usually has a basic knowledge of wood construction and some of the necessary tools. Safety

hazards are very evident unlike some of the other types of aircraft construction. You should also understand that

making mistakes with wood could be costly. You cannot easily repair a piece of wood cut to the wrong dimensions.

• In this and subsequent articles, I will discuss the types of wood that can be used in aircraft construction, how to

inspect the wood properly to insure it is safe to use, tools needed for woodworking, plywood and glues, basics of

aircraft woodworking, and how to inspect wood in a completed aircraft.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.

Month 200X2009 Subject Name Aircraft Materials

Wood Materials

ไมจัดอยูในกลุมของวัสดุผสมประเภทวัสดุผสมเสนใยเสริมแรงแบบซับซอน โดยจะประกอบไปดวยเซลลของโพลิเมอรที่มีลักษณะเปนทอขนาดเล็กเรียงกันในแนวยาว แลวประสานดวยแมทริกซที่เปนโพลิเมอร

นอกจากนี้ทอโพลิเมอรยังประกอบไปดวยเสนใยเซลลูโลสที่มีโครงสรางผลึกที่เปนระเบียบบางสวน เรียงเปนแนวเดียวกันที่บริเวณมุมของแกนของทอโพลิเมอร การจัดเรียงตัวลักษณะนี้ทําใหไมมีความทนทานตอแรงดึงในทิศทางตามแนวยาวสูงมาก

ไมอัด (Plywood) เปนวัสดุผสมแบบ laminate อีกดวย และยังสามารถใชทําเปนแกนระหวาง วัสดุเสริมแรงแบบเสนใยดวย

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


โครงสรางของไม

ชั้นของโครงสรางของเนื้อไมแบงออกเปน 3 ระดับ

โครงสรางเสนใย องคประกอบพื้นฐานของไมคือ เซลลูโลส CHO มีการเรียงตัวแบบสายโซโพลิเมอรและทําใหเกิดเปนเสนใยที่มีความยาว โครงสรางของไฟเบอรสวนใหญจะมีระบบผลึกที่เปนระเบียบและมีตัวแยกขอบเขตของโครงสรางผลึกที่เปนเซลลูโลสที่เปนผลึกไรระเบียบชวงสั้น ๆ กลุมของลูกโซเซลลูโลสจะถูกหอหุมไวโดยชั้นของลูกโซกึ่งเซลลูโลส ซึ่งมีการจัดเรียงตัวแบบสุม (random) หรือไมเปนระเบียบแนนอน

โครงสรางเซลล ไมจะประกอบไปดวยเซลลที่มีลักษณะยาว และเปนองคประกอบที่เปนของแข็งในเนื้อไมถึง 95% เซลลที่มีลักษณะกลวงจะประกอบไปดวยชั้นของไมโครไฟบริลหลาย ๆ ชัน้ซอนทับกัน

ผนังชั้นแรกของเซลลจะประกอบไปดวยไมโครไฟบริลที่เรียงไมเปนระเบียบ

ผนังชั้นที่สองจะมีความหนามากกวา และประกอบไปดวยชั้นตาง ๆ ถึง 3 ชั้น โดยชั้นนอกและชั้นในสุดประกอบไปดวยไมโครไฟบริลที่มีการเรียงตัว 2 ทิศทางที่ไมขนานกับเซลล ชั้นกลางซึ่งเปนชั้นทีห่นาที่สุดจะประกอบไปดวยไมโครไฟบริลที่มีทิศทางการเรียงตัวทิศทางเดียว

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



ชั้นของโครงสรางของเนื้อไมแบงออกเปน 3 ระดับ

โครงสรางมหภาคหรือโครงสรางใหญ ๆ ของไม จะประกอบไปดวย

ชั้นนอกสุดคือเปลือกไม (bark) ซึ่งทําหนาที่ปกปองเนื้อไมภายใน

ถัดมาเปนชั้นเนื้อเยื่อไม (cambium) ที่อยูใตเปลือกไม ประกอบไปดวยเซลลของเนื้อไมที่เจริญเติบโตขึ้นมาใหม

ถัดมาคือกระพี้ไม (sapwood) ประกอบไปดวยเซลลที่ทําหนาที่สะสมอาหารและลําเลียงน้ํา

ชั้นสุดทายเปนแกนไม (heartwood) ซึ่งประกอบไปดวยเซลลที่ตายแลวและเปนสวนที่ใหความแข็งแรงกบัตนไม

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ประเภทของไม

ไมเนื้อออน เชน ไมสนใบเล็ก (spruce) เฟอร (fir) เฮมลอค (hemlock) และซีดาร (cedar) สวนไมไทยไดแก ไมฉําฉา ไมยาง มะมวง เปนตน

ลักษณะของเซลลไมเนื้อออนจะคอนขางยาวกวาไมเนื้อแข็ง ความหนาแนนจะนอยกวาไมเนื้อแข็ง ทั้งนี้เพราะเปอรเซ็นตชองวางของเนื้อไมมีนอยกวาไมเนื้อแข็ง

ไมเนื้อแข็ง เชน ไมประดู มะคา ไมสัก ไมชิงชัน ไมเต็งรัง ที่เปนไมไทย หรือไมเนื้อแข็งของสหรัฐ ไดแก ไมโอก (oak) แอช (ash) เอลม (elm) บีช (beech) เบิรช (birch) เมเปล (maple) เปนตน

ไมเนื้อแข็งเหลานี้จะมีเซลลแนวยาวที่สั้นประมาณ 1 mm ความโตนอยกวา 0.1 mm ภายในเนื้อไมจะประกอบไปดวยทอลําเลียงในแนวยาว ซึ่งทําหนาที่สงผานน้ําภายในเนื้อไม

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ประเภทของไม

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ปริมาณความชื้นและความหนาแนนของเนื้อไม

ความหนาแนนของเนื้อไมปกติแลวจะขึ้นอยูกับชนิดหรือพันธุของไม โดยทั่วไปไมที่แหงสนิทมักมีความหนาแนนอยูระหวาง 0.3 - 0.8 g/cm3 โดยไมเนื้อแข็งจะมีความหนาแนนสูงกวาไมเนื้อออน อยางไรก็ตาม การวัดความหนาแนนปกติแลวจะมีคาที่สูงหากปริมาณน้ําไมเนื้อไมมีมาก เราสามารถหา % ของน้ําในเนื้อไมไดจากสมการ

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


สมบัติทางกลของไม

ความแข็งแรงของไมจะขึ้นอยูกับความหนาแนนของเนื้อไม ซึ่งความหนาแนนก็จะขึ้นอยูกับปริมาณน้ําและชนิดของไม การทําใหไมแหงในชวงแรก น้ําจากทอลําเลียงจะหมดไปกอน จากนั้นในชวงที่สอง น้ําที่อยูภายในเซลลจึงจะแหงหลังจากน้ําในทอลําเลียงหมดไป การที่น้ําจากทอลําเลียงแหงไปนั้น ในทางปฏิบัติแลวจะไมสงผลตอความแข็งแรงหรือทัฟเนสสของไมแตอยางไร

อยางไรก็ตาม หากทําใหไมแหงตอไปจนปริมาณน้ํานอยกวา 30% โดยน้ําที่อยูภายในผนังเซลลระเหยออกไป จะสงผลใหเสนใยของเซลลหดตัวเขามาชิดกันมากขึ้น และทําใหการยึดเหนี่ยวระหวางเสนใยมีมากขึ้น อีกทั้งความหนาแนนของเนื้อไมก็จะเพิ่มขึ้นเชนกัน ดังนั้นจึงสงผลใหไมมีความแข็งแรงและความเหนียวแนนมากขึ้น

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



สมบัติทางกลของไมจะไมมีความสม่ําเสมอทุกทิศทาง โดยทิศทางในแนวยาว (longitudinal) จะรับแรงไดสูงมาก โดยเมื่อมีแรงดึงมากระทํา แรงที่กระทําจะขนานกับไมโครไฟบริลและลูกโซเซลลูโลสในสวนกลางของผนังเซลลชั้นที่สอง โดยลูกโซเหลานี้จะมีความแข็งแรงและมีผลึกที่เปนระเบียบ ทําใหสามารถรับแรงไดมาก สวนทิศทางที่ตั้งฉากกับวงปของตนไม (radial) และทิศทางที่ขนานกับวงปของตนไม (tangential) จะรับแรงดึงไดนอย เพราะการยึดเหนี่ยวของไมโครไฟบริลและเสนใยเซลลูโลสมีนอยและออนแอ ดังนั้นทอนไมขนาดใหญจึงมักถุกผาเปนชิ้น ๆ ในแนวยาวเพื่อใชสมบัติของความแข็งแรงในแนวยาวใหเปนประโยชน

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



ไมจะมีความสามารถในการรับแรงกดและแรงอัดไมคอยดีนัก โดยในการรับแรงอัด เสนใยในเซลลจะมีสมบัติคลายเข็มที่มีปลายแหลม ทําใหเกิดการเปลี่ยนรูปหรือแตกหักไดงายเมื่อรับแรงกด คาความตานทานแรงดึงและความแข็งแรงกดในทิศทางตามแนวยาวและแนวตั้งฉากกับวงปของไมตาง ๆ ดังนี้

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


การยดืและหดตวัของไม

ไมมีการเปลี่ยนแปลงขนาดไดเหมือนวัสดุทั่ว ๆ ไปเมื่อไดรับความรอนหรือความเย็น การเปลี่ยนขนาดในทิศทางตามแนวยาวของไมมีนอยมาก โดยเฉพาะเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะ โพลิเมอร และเซรามิก อยางไรก็ตาม การเปลี่ยนขนาดตามแนวรัศมีและแทนเจนตจะมีมากกวาวัสดุอื่น

การเปลี่ยนขนาดของไมขึ้นอยูกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและปริมาณชื้น ซึ่งทิศทางที่มีการเปลี่ยนแปลงมากก็จะเปนตามแนวรัศมีและแทนเจนต

ขณะที่ไมเริ่มเกิดการแหงตัว จะมีการเปลี่ยนขนาดในทิศทางที่ตั้งฉากกับเซลลตามไปดวย ซึ่งจะสงผลใหเกิดการบิดงอและแตกราวกับเนื้อไมขึ้นได และในกรณีที่มีการใชงานไมอยู ปริมาณความชื้นภายในไมอาจเกิดการเปลี่ยแปลงได ซึ่งขึ้นอยูกับความชื้นในสภาพแวดลอมที่ไมถูกใชงาน ถาความชื้นนอยก็จะทําใหไมเกิดการหดตัวและเกิดชองวางขึ้นระหวางรอยตอของไมได

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


หดตัว (Shrinkage)ของไม

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


หดตัว (Shrinkage)ของไม

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ไมอัด (plywood)

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ADHESIVES - GLUES

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ADHESIVES - GLUES

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ADHESIVES

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ADHESIVES

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ADHESIVES

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ลักษณะการเชื่อมตดิ (Joint)©

AIR

BUS

UK

LTD

200

2. A

ll rig

hts

rese

rved

. Con

fiden

tial a

nd p

ropr

ieta

ry d

ocum

ent.


ลักษณะการเชื่อมตดิ (Joint)

©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.


ลักษณะการเชื่อมตดิ (Joint)©

AIR

BUS

UK

LTD

200

2. A

ll rig

hts

rese

rved

. Con

fiden

tial a

nd p

ropr

ieta

ry d

ocum

ent.



©AI

RBU

S U

K LT

D 2

002.

All

right

s re

serv

ed. C

onfid

entia

l and

pro

prie

tary

doc

umen

t.



wood materials in aircraft...

Documents