Procedury badawcze materiałów termoochronnych stosowanych na obudowy ochronne rejestratorów lotniczych (FDR)

PRZYBYŁEK Paweł 1 KUCHARCZYK Wojciech 2 OPARA Tadeusz A. 3 KOMOREK Andrzej 4 Procedury badawcze materiałów termoochronnych stosowanych na obudowy ochronne rejestratorów lotniczych (FDR) WSTĘP Urządzenia elektroniczne, stanowiące wyposażenie statków powietrznych (SP), eksploatowane są w różnorodnych warunkach wynikających ze zmiennych parametrów lotu oraz właściwości fizycznych otoczenia. W celu znormalizowania warunków pracy, które należy uwzględnić przy projektowaniu oraz wytwarzaniu, poszczególne organizacje, odpowiedzialne za eksploatację sprzętu lotniczego, sformułowały szereg norm określających wymagania dotyczące poprawnego funkcjonowania wyposażenia pokładowego. Wyposażenie pokładowe wojskowych statków powietrznych eksploatowanych w krajach NATO musi spełniać wymagania normy środowiskowej MIL-STD-810 [11, 13]. Norma określa m.in.: wartość i szybkość zmian temperatury oraz ciśnienia w jakich wyposażenie lotnicze powinno działać bezawaryjnie i wiarygodnie. Wyposażenie awioniczne statku powietrznego poddawane jest badaniom testowym zgodnie z procedurami wynikającymi z dokumentu EUROCAE ED-14D/RTCA DO-160D Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment [2]. Obejmują one sprawdzenie odporności wyposażenia SP na następujące czynniki [2]: oddziaływanie ciepła, pułap lotu, wilgotność, wibracje, atmosferę wybuchową, oddziaływanie piasku i kurzu, zasolenie, krótkotrwały impuls energetyczny, uderzenie pioruna, oblodzenie, wyładowanie elektrostatyczne, jak również sprawdzenie takich ich właściwości jak: udarność eksploatacyjna, dopuszczalne bezpieczne obciążenie udarowe, wodoodporność, odporność na oddziaływanie cieczy niebezpiecznych. Odrębne przepisy dotyczące standardów zabezpieczenia rejestratorów parametrów lotu FDR (Flight Data Recorder) [4, 5, 10, 13] ustanowione zostały po serii katastrof lotniczych w latach pięćdziesiątych XX wieku. Najpierw wprowadzono je w lotnictwie wojskowym, a następnie 01.08.1958 roku zostały przyjęte przez CAA (Civil Aviation Authority), przekształconym później 1 Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych, Katedra Płatowca i Silnika; 08-521 Dęblin; ul. Dywizjonu 303, nr 35. Tel: + 48 81 551-74-23, Fax: + 48 81 551-74-17, sqcdr@wp.pl 2 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; 26-600 Radom; ul. J. Krasickiego 54B. Tel: + 48 48 361-76-80, Fax: + 48 48 361-76-75, wojciech.kucharczyk@uthrad.pl 3 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny; 26-600 Radom; ul. J. Krasickiego 54B. Tel: + 48 48 361-71-17, Fax: + 48 48 361-76-75, tadeuszopara@civ.pl 4 Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych, Katedra Awioniki i Systemów Sterowania; 08-521 Dęblin; ul. Dywizjonu 303, nr 35. Tel: + 48 81 551-74-23, Fax: + 48 81 551-74-17, komman@op.pl 1281

w FAA (Federal Aviation Administration). Odwoływały się one do dokumentu pod nazwą Technical Standards Order (TSO C51) [14], który określał: dokładność zapisu danych, czas próbkowania i rodzaj zapisywanych parametrów (pułap, prędkość lotu, kurs, itp.), wymagania dotyczące zdolności rejestratora do przetrwania, w przypadku kolizji z przyspieszeniem 100 jednostek przeciążenia oraz oddziaływania płomienia o temperaturze 1100 C przez 30 minut. W początku lat sześćdziesiątych, CAB (Civil Aeronautics Board) zmodyfikował kryteria dotyczące opracowania dodatkowej ochrony rejestratorów przed skutkami uderzenia i zniszczeniem w wyniku oddziaływania intensywnego strumienia cieplnego, powstającego podczas pożaru. Przepisy wprowadzone przez FAA zmieniły zasady rozmieszczania rejestratorów. Zalecone zostało montowanie ich w tylnej części kadłuba, co zwiększa szanse na skuteczną ochronę nośników danych [3, 4]. Obowiązujące obecnie wymagania dotyczące jakości zabezpieczenia zapisanych danych ustanowione przez FAA, zostały przedstawione w tabeli 1 [4]. Normy wojskowe MIL-STD-2124A w tym zakresie pokrywają się z cywilnymi. Normy ustanowione w 1958 roku były mniej rygorystyczne. Tab. 1. Wymagania jakości zabezpieczenia zapisanych informacji określone w specyfikacji ED55 [4] Czynnik Obciążenie udarowe Obciążenie statyczne Wpływ cieczy agresywnych Wpływ wody Odporność na przebicie Ciśnienie hydrostatyczne Płomień o wysokiej intensywności Strumień ciepła o niskiej intensywności Wymagania zgodnie z TSO C123a (CVR), C124a (DFDR) 3 400 jednostek przeciążenia działającego w czasie 6,5 ms 2 265 kg w czasie 5 minut wzdłuż każdej osi Odporność na działanie cieczy roboczych z różnych instalacji SP (paliwo, oleje, itp.) w czasie 24 godzin Działanie wody morskiej w czasie 30 dni Masa 226,5 kg zrzucona z wysokości 3,048 m, penetrująca obudowę stalowym trzpieniem o średnicy 6,35 mm Ciśnienie równoważne hydrostatycznemu ciśnieniu wody na głębokości około 6 000 m Płomień o temperaturze 1100 C pokrywający 100% obudowy przez 30 min (60 minut przy uwzględnieniu warunków testu EUROCAE ED55) Strumień ciepła o temperaturze 260 C w czasie 10 godzin (tzw. test piekarnika ) Żaden z dokumentów TSO nie określał jednak w sposób szczegółowy procedury zapewniania powtarzalności pomiaru powyższych parametrów. 1. PROCEDURY BADAWCZE Obudowy ochronne rejestratorów lotniczych muszą zabezpieczać moduły archiwizujące różnorodne informacje rejestrowane podczas lotu statku powietrznego oraz parametry pracy poszczególnych urządzeń. Aby ocenić ich możliwości ochrony danych w momencie zdarzenia lotniczego, szczególnie zaś wypadku lub katastrofy, konieczne jest przeprowadzenie szeregu niżej opisanych prób, badań i testów. Oprócz metodyki realizacji badań kwalifikacyjnych ważna jest również kolejność przeprowadzania testów. Zgodnie z dokumentami normatywnymi [1] stosowane są trzy rodzaje sekwencji poszczególnych prób? stanowiące odrębne procedury. Każda zawiera poniższe testy ułożone według określonej kolejności: 1. Dopuszczalne bezpieczne obciążenie udarowe; obciążenie punktowe; wytrzymałość na obciążenie statyczne; oddziaływanie wysokotemperaturowych źródeł ciepła; zanurzenie w płynach eksploatacyjnych. 2. Dopuszczalne bezpieczne obciążenie udarowe; obciążenie punktowe; wytrzymałość na obciążenie statyczne; długotrwałe oddziaływanie źródeł ciepła o podwyższonej intensywności; zanurzenie w płynach eksploatacyjnych. 3. Dopuszczalne bezpieczne obciążenie udarowe; obciążenie punktowe; wytrzymałość na obciążenie statyczne; zatopienie na dużej głębokości; zatopienie w słonej wodzie. 1282

Kryterium oceny stanowi możliwość odzyskania informacji zgromadzonych na nośniku danych po przeprowadzeniu wszystkich testów w każdej z powyższych procedur. 1.1. Dopuszczalne bezpieczne obciążenie udarowe podczas katastrofy Rejestrator jest poddawany obciążeniu udarowemu działającemu w kierunku największej podatności obudowy ochronnej na zniszczenie. Wartość energii obciążenia powinna być równa energii uderzenia rejestratora w aluminiową tarczę wykonaną z elementów typu plaster miodu z przyspieszeniem 33 342 m/s 2 w czasie 6,5 ms. Sposób przyłożenia obciążenia, przedstawiony na rysunku 1, symuluje uderzenie jakiemu może być poddany rejestrator w trakcie przebiegu katastrofy lotniczej. Rys. 1. Sposób przyłożenia obciążenia udarowego [1] 1.2. Wytrzymałość na obciążenie statyczne Metodyka przeprowadzanie testu uzależniona jest od kształtu obudowy ochronnej. Ilość testów koniecznych do przeprowadzenia to: cztery dla kształtu sferycznego oraz co najmniej siedem dla wieloboku. Badanie polega na sprawdzeniu wytrzymałości obudowy ochronnej poddanej obciążeniu 22,25 kn przez 5 minut wzdłuż określonych dla danego kształtu kierunków. 1.3. Odporność na oddziaływanie cieczy agresywnych Sprawdzenie może być realizowane poprzez poddanie badaniu testowemu samej obudowy lub całego rejestratora lotniczego. Rejestrator zanurzany jest na 48 godzin w płynach eksploatacyjnych stosowanych w lotnictwie tabela 2. W przypadku obudowy ochronnej badanie powinno być poprzedzone sprawdzeniami jej wytrzymałości na obciążenie statyczne oraz udarowe. Ponadto zalecane jest sprawdzenie odporności rejestratora wraz z obudową na oddziaływanie najbardziej destrukcyjnego ze środków gaśniczych. Badanie polega na zanurzeniu rejestratora w wyselekcjonowanej cieczy na 8 godzin. Po upływie tego czasu sprawdza się możliwość odzyskania zarchiwizowanych informacji. Tab. 2. Rodzaj cieczy eksploatacyjnych [1] Lp. Typ cieczy eksploatacyjnej Kod NATO 1. Paliwo lotnicze (kerazyna) F-34; F-44 2. Benzyna lotnicza (typ 100/130) S-18 3. Alkohol metylowy S-1744 4. Olej silnikowy 0-156 5. Płyn hydrauliczny H-515; H-520 1283

1.4. Odporność na przebicie Procedura sprawdzenia odporności rejestratora (obudowy) na przebicie jest uzależniona od rodzaju rejestratora (odrzucane, nieodrzucane). W przypadku rejestratora odłączalnego podczas katastrofy lotniczej badanie jest przeprowadzane całkowicie odmiennie, ze względu na specyfikę jego budowy i rozwiązania konstrukcyjne. Dla większości rejestratorów zabudowywanych na pokładzie statku powietrznego procedura przebiega według schematu przedstawionego na rysunku 2. Obciążnik o masie 227 kg, zakończony odpowiednio ukształtowaną końcówką o szerokości 0,65 cm zrzucany jest z wysokości 3 m (10 stóp) w celu zbadania odporności obudowy rejestratora na obciążenie oddziaływujące w najbardziej podatnym na uszkodzenia kierunku. Rys. 2. Schemat stanowiska do badania odporności obudowy rejestratora na obciążenie punktowe [1] Rejestrator umieszczany jest na podłożu z piasku (zgodnego z warunkami określonymi w normie MIL-S-17526A). Piasek może być nasączony wodą w proporcjach 1 litr wody na 15 dm 3 piasku. Głębokość podłoża z piasku powinna wynosić 0,5 m co w połączeniu z wodą zapobiegnie zagłębieniu się rejestratora (obudowy) na głębokość, która będzie miała istotny wpływ na pomiar poprzez oddziaływanie betonowego podłoża na badany obiekt. 1.5. Odporność na ciśnienie hydrostatyczne Badanie testowe jest zwykle przeprowadzane w połączeniu ze sprawdzeniem odporności obudowy ochronnej na korozyjne oddziaływanie wody morskiej. Informacje zarchiwizowane w rejestratorze lotniczym powinny przetrwać pomimo przebywania 30 dni w wodzie morskiej na głębokości 6000 m, gdzie obudowa ochronna poddawana jest oddziaływaniu ciśnienia 30 MPa. Procedura badania odporności rejestratora na oddziaływanie ciśnienia hydrostatycznego polega na umieszczeniu urządzenia w zbiorniku hiperbarycznym wypełnionym odpowiednio dobranym płynem na okres 24 godzin. 1.6. Oddziaływanie wysokotemperaturowego strumienia cieplnego Schemat stanowiska do badań wysokotemperaturowego oddziaływania cieplnego przedstawiono na rysunku 3. Obudowa zabezpieczająca rejestrator lub element rejestratora zawierający pamięć, w której 1284

zarejestrowane są informacje na temat zarchiwizowanych parametrów, jest poddawana oddziaływaniu płomienia o temperaturze 1100 C przez 60 minut. Ponadto, płomień powinien wytwarzać strumień ciepła o wartości 158 kw/m 2. Preferowane jest źródło ognia wytworzonego w wyniku spalania mieszanki gazowo - powietrznej, ze względu na możliwość uzyskania bardziej stabilnego płomienia. Przed rozpoczęciem testu rejestrator jest podgrzewany do osiągnięcia termicznych warunków jego pracy dla temperatury zewnętrznej 25 C ± 5 C (przyjmuje się, że stan cieplny jest ustabilizowany, jeżeli największa masa stanowiąca integralny element urządzenia ogrzeje się do właściwej temperatury nie podlegającej wahaniom w zakresie większym niż ±2 C/h). Ilość, wydajność, ustawienie palników oraz parametry czynnika palnego dostarczanego do palników muszą zapewnić właściwy stopień pokrycia strumieniem cieplnym testowanego obiektu oraz średnią temperaturę na takim pozionie by zapewnić strumień ciepła określony zależnością (1): gdzie: dt przyrost temperatury czynnika chłodzącego (wody)[ C], F natężenie przepływu czynnika chłodzącego (wody) [kg/s], SH ciepło właściwe czynnika chłodzącego (wody) [J/ C], A powierzchnia kalorymetru [m 2 ], C współczynnik absorpcji (najczęściej 0,5). dt F SH Q (1) A C Rys. 3. Stanowisko do badań odporności rejestratora na oddziaływanie wysokotemperaturowego źródła ciepła [1] W przypadku, gdy w trakcie eksploatacji materiał stanowiący ochronę termalną ulega znaczącej degradacji, należy podczas wstępnego podgrzewania, przed realizacją badań testowych, zasymulować efekt starzenia się materiału poprzez dobór odpowiednich czynników zewnętrznych (np.: ciśnienie, zmienne warunki cieplne, itp.). Dokonywana jest także wstępna kalibracja zestawu palnika wytwarzającego płomień, zwykle przy pomocy wodnego kalorymetru, który później będzie stanowił substytut właściwego rejestratora wewnątrz testowanej obudowy podczas przeprowadzania badań testowych. Temperatura płomienia oddziaływującego na badaną obudowę ochronną jest monitorowana w trakcie testu. Po zakończeniu testu obudowa ochronna rejestratora lub jego kluczowych elementów ulega schłodzeniu do temperatury otoczenia. 1285

1.7. Długotrwałe oddziaływanie ciepła o niskiej intensywności Od 1990 roku wszystkie rejestratory pokładowe muszą spełnić dodatkowy warunek, określający odporność osłon termicznych podczas oddziaływania strumienia cieplnego o temperaturze t 260 C i gęstości q(t) 134 kw/m 2 przez 10 godzin. Ilość ciepła Q przejmowana przez powierzchnię zewnętrzną A obudowy rejestratora jest proporcjonalna do gęstości strumienia ciepła q(t) i czasu oddziaływania płomienia. Ilość ciepła Q n pochłoniętego przez obudowę w próbie niskotemperaturowej jest znacznie większa od ciepła Q w przejętego w próbie wysokotemperaturowej. Sumaryczna ilość ciepła (Q n + Q w ) jaka ma być pochłonięta przez powierzchnię zewnętrzną obudowy rejestratorów według norm C 124 i ED 112 [1], jest o rząd wielkości większa od ciepła Q w, jakie dopuszczają normy C 51, C 84 i C 51a (rysunek 4). Q/A 4 3 C124a ED112 2 C123a 1 C51 C84 C51a C123 C124 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Rys. 4. Ciepło przejmowane przez jednostkową powierzchnię obudowy rejestratora dla kolejnych norm TSO (wartości względne -odniesione do normy C51) 2. PLANOWANE BADANIA EKSPERYMENTALNE Rejestratory lotnicze, które spełniały normy TSO obowiązujące w czasie ich montażu na statkach powietrznych, zwykle nie spełniają już wymogów współczesnych. Są zdatne i nadal eksploatowane, choć sukcesywnie zastępowane przez urządzenia nowsze. Wymiana rejestratora parametrów lotu na układ wyższej generacji jest kosztowna i wymaga znacznego nakładu pracy, związanego z badaniami kwalifikacyjnymi, zmianą procedur deszyfracji i analizy danych, przeszkoleniem personelu, itd. W przypadku niektórych starszych SP, których produkcja została już wstrzymana, opłacalność ekonomiczna modyfikacji systemu kontroli parametrów lotu może okazać się wątpliwa. Alternatywnym rozwiązaniem jest modyfikacja obudowy dotychczas eksploatowanych rejestratorów, poprzez wprowadzenie dodatkowej warstwy ochronnej z materiałów ablacyjnych. Inną możliwością jest opracowanie kilku standardowych osłon ochronnych, do których będą montowane dotychczas eksploatowane urządzenia rejestrujące. Do wytworzenia warstwy ochronnej postanowiono wykorzystać kompozyty o właściwościach ablacyjnych. Ablacja jest samoregulującym się procesem wymiany ciepła i masy w wyniku którego na skutek przemian fizycznych oraz reakcji chemicznych, dochodzi do nieodwracalnych zmian strukturalnych i chemicznych materiału z równoczesnym pochłanianiem ciepła. Proces ten jest inicjowany i podtrzymywany z zewnętrznych źródeł energii cieplnej. W procesie ablacji strumień energii zużywany jest na [7]: 1286

depolimeryzację organicznych składników kompozytu, topnienie, parowanie i sublimację łatwo topliwych napełniaczy kompozytu i produktów depolimeryzacji, nagrzewanie produktów odprowadzanych do otoczenia, endotermiczne reakcje pomiędzy składnikami kompozytu i produktami depolimeryzacji, konwekcyjną wymianę ciepła z otoczeniem, wymianę ciepła przez promieniowanie. Program badań eksperymentalnych kompozytów na obudowy ochronne rejestratorów FDR został zaplanowany do realizacji zgodnie z procedurami określonymi dla elementów konstrukcji lotniczych [1, 9]. Jego schemat ideowy zaprezentowano na rysunku 5. Przyjęcie planu eksperymentu i określenie zmiennych niezależnych Dobór macierzy planowania doświadczeń Wybór rejestratorów lotniczych FDR Wybór składników kompozytu Ustalenie zakresu zmienności składu fazowego kompozytu i warunków badań Kompozyt grupy 1 Kompozyt grupy 2 Wykonanie płyt kontrolnych PN-EN-2377:1994 Przygotowanie próbek do badań Określenie wpływu poprzecznych obciążeń udarowych na wytrzymałość na zginanie Rg Wyznaczenie wytrzymałości na rozciąganie R m Obciążenie próbek poprzecznym obciążeniem udarowym Wyznaczenie wytrzymałości na zginanie R g Analiza statystyczna Wyznaczenie udarności K c Badanie właściwości termoochronnych: szybkość ablacji va, ablacyjny ubytek masy Ua, temperatura tylnej powierzchni ścianki izolującej ts ANALIZA MERYTORYCZNA WSPÓŁZALEŻNOŚCI WYNIKÓW BADAŃ Przygotowanie uniwersalnej osłony FDR Badania eksperymentalne przeżywalności informacji Rys. 5. Program badań eksperymentalnych kompozytów na obudowy ochronne rejestratorów lotniczych [1, 9] 1287

Struktura badań eksperymentalnych wymuszona jest wysokimi wymaganiami, jakie należy spełnić, aby wdrożyć opracowany komponent, detal lub element do praktycznego zastosowania w sprzęcie lotniczym, nie wpływając na obniżenie bezpieczeństwa lotów. Jednakże najbardziej skomplikowany, pracochłonny i obejmujący najwięcej badań testowych jest pierwszy etap doboru składników i określenie ich wpływu na właściwości materiału kompozytowego. Ze względu na powyższe uwarunkowania, zainicjowany został program doświadczalnych badań kompozytów polimerowych w celu określenia wpływu wzmocnienia hybrydowego z tkanin aramidowych (włókna kevlarowe) w osnowie epoksydowej modyfikowanej nanonapełniaczem warstwowym na właściwości termoochronne i wybrane cechy wytrzymałościowe polimerowego kompozytu ablacyjnego. [6, 8, 15] Skład fazowy próbek oraz liczba wykonywanych doświadczeń (N = 8) zostały ustalone na podstawie przyjętego planu badań doświadczalnych, tj.: ortogonalnej macierzy pełnoczynnikowej I rzędu typu 2 3 z powtórzeniami tabela 3. [12] Dobrano składy fazowe dla dwóch grup kompozytów. Dla obu grup osnową kompozytów jest żywica epoksydowa Epidian 52 sieciowana w temperaturze pokojowej utwardzaczami PAC lub TFF produkcji Z.Ch. Organika-Sarzyna S.A. w Nowej Sarzynie. Właściwości ablacyjne kompozycji żywicy modyfikowano dodając glinokrzemian warstwowy Bentonit Specjal Extra z 75% zawartością montmorylonitu wapniowego MMT (Zakłady Górniczo-Metalowe Zębiec w Zębcu). Rozróżnienia składów fazowych obu grup kompozytów dokonano poprzez zróżnicowanie materiału zastosowanego na wzmocnienie włókniste. Wzmocnienie hybrydowe pierwszego kompozytu stanowią tkaniny: aramidowa (kevlarowa) o gramaturze 230 g/m 2 i węglowa o gramaturze 160 g/m 2 ułożone naprzemiennie i rozłożone równomiernie w kompozycie. W drugiej grupie wzmocnieniem hybrydowym jest analogiczny układ oparty na bazie tkanin: aramidowa (kevlarowa) 470 g/m 2 i szklana 300 g/m 2. Tab. 3. Pełnoczynnikowa macierz planowania I rzędu typu 2 3 z powtórzeniami [12] j * x 0 x 1 x 2 x 3 x 1 x 2 x 1 x 3 x 2 x 3 x 1 x 2 x 3 y j 1 + + + + + + + + 2 + + - - - - + + 3 + + + - + - - - 4 + + - + - + - - 5 + - + + - - + - 6 + - - - + + + - 7 + - + - - + - + 8 + - - + + - - + b 0 b 1 b 2 b 3 b 12 b 13 b 23 b 123 * wartość j oznacza numer doświadczenia i jednocześnie numer kompozytu, którego skład fazowy określony jest układem zmiennych x i Trzema zmiennymi niezależnymi x i (parametrami wejściowymi), o wartościach dwu poziomów kodowych 1 (poziom górny + oraz poziom dolny -, tabela 3) określonych według zależności (2) [12]: x xi( sr) x i 1 (2) xi są udziały komponentów kompozytu. Dla składu fazowego kompozytów grupy 1: x 1 udział masowy włókna kevlarowego do sumy mas wzmocnień włóknistych (kevlar + włókno węglowe) [%], 77% (+) i 38 % (-); x 1 = 19,5%; x 1(śr) = 57,5%. Dla składu fazowego kompozytów grupy 2: x 1 udział masowy włókna kevlarowego do sumy mas wzmocnień włóknistych (kevlar + włókno szklane) [%], 79% (+) i 38 % (-); x 1 = 20,5%; x 1(śr) = 58,5%. 1288

Zmienne x 2 i x 3 dla obu grup kompozytów są takie same: x 2 udział masowy bentonitu (MMT) w kompozycie [%], 15% (+) i 3% (-); x 2 = 6%; x 2(śr) = 9%; x 3 rodzaj utwardzacza żywicy utwardzacz PAC lub utwardzacz TFF, 80 ns PAC (+) i 27 ns TFF (-); x 3 i x 3(śr) są wartościami czysto teoretycznymi. Składowymi funkcji odpowiedzi y (parametrami wyjściowymi, planowanymi do wyznaczenia w procedurach eksperymentalnych) są termoochronne właściwości ablacyjne: średnia szybkość ablacji v a [ m/s], względny ablacyjny ubytek masy U a [%], maksymalna temperatura tylnej powierzchni ścianki próbki izolującej t s [ C] oraz cechy mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie R m [MPa], wytrzymałość R g [MPa] w próbie zginania trzypunktowego i na ścinanie międzywarstwowe ILSS [MPa], udarność KC [J/cm 2 ]. WNIOSKI 1. W czasie 40 lat, od chwili wprowadzenia pierwszych standardów zabezpieczenia rejestratorów lotniczych wymagana odporność ich obudów na oddziaływanie wysokotemperaturowego strumienia cieplnego (t 1100 C) wzrosła czterokrotnie (rysunek 4), a sumaryczna ilość ciepła, jaka ma być pochłonięta przez powierzchnię zewnętrzną obudowy, jest obecnie o rząd wielkości większa od ilości ciepła jakie dopuszczały normy C 51 (1958 rok), C 84 (1963 rok) i C 51a (1966 rok) - rysunek 4. 2. Producenci rejestratorów lotniczych zobligowani są przez obowiązujące przepisy jedynie do zapewnienia przeżywalności rejestratora zabudowanego wewnątrz obudowy, a same procedury badań rejestratorów lotniczych stanowią algorytm wielu różnorodnych badań, według określonej kolejności realizacji, w celu uzyskania potwierdzenia spełniania wymogów określonych w dokumentach normujących. 3. Dane dotyczące właściwości termoochronnych sprowadzane są jedynie do informacji na temat zabezpieczenia rejestratora przed oddziaływaniem strumienia cieplnego o określonej temperaturze uwzględniając powierzchnię oddziaływania płomienia w określonym czasie. 4. Zdatne rejestratory lotnicze zabudowane na statkach powietrznych stosunkowo szybko przestają spełniać nowe, coraz bardziej rygorystyczne przepisy. Aby dostosować eksploatowane rejestratory do obowiązujących wymogów można zastosować dodatkowe powłoki na bazie polimerowych kompozytów ablacyjnych lub umieścić je w uniwersalnej obudowie ochronnej w celu podwyższenia ich odporności na oddziaływanie różnorodnych czynników, a szczególnie wysokoi niskotemperaturowego strumienia cieplnego. 5. Realizacja planu badań wyszczególnionych w opracowanej koncepcji pozwoli określić wpływ wartości poszczególnych zmiennych niezależnych na wartości wszystkich składowych funkcji odpowiedzi oraz da możliwość określenia rodzaju tego wpływu. Analizując współczynniki regresji i interakcji można będzie ocenić, dla jakich zmiennych niezależnych, z przyjętego przedziału badań, poszczególne wartości parametrów badawczych (zmiennych zależnych) maleją, rosną lub nie zmieniają swojej wartości. Informacja ta, w połączeniu z ograniczeniami technologicznymi regulującymi wielkość, jak i położenie przedziału zmienności zmiennych wejściowych, pozwoli wskazać kierunek poszukiwań optymalnego składu fazowego badanych grup kompozytów. Porównując uzyskane wyniki z właściwościami materiałów dotychczas stosowanych na obudowy ochronne rejestratorów lotniczych można będzie określić przydatność zbadanych materiałów do zwiększenia odporności cieplnej lotniczych rejestratorów parametrów lotu FDR poprzez zastosowanie osłon z polimerowych kompozytów ablacyjnych. Streszczenie W artykule przedstawiono procedury badawcze obudów ochronnych rejestratorów lotniczych, pozwalające ocenić zdolność rejestratora do przetrwania katastrofy lotniczej, określone w kolejnych dokumentach normatywnych. Aby sprawdzić możliwości ochrony danych zapisanych w modułach archiwizujących w momencie zdarzenia lotniczego, szczególnie zaś wypadku lub katastrofy, konieczne jest przeprowadzenie 1289

szeregu (w ustalonej kolejności) badań doświadczalnych i testów, zarówno samego materiału, jak i obudowy ochronnej rejestratora. Ocenie podlegają: dopuszczalne obciążenie udarowe podczas katastrofy; wytrzymałość na obciążenie statyczne; odporność na oddziaływanie cieczy agresywnych; odporność na przebicie; odporność na ciśnienie hydrostatyczne; oddziaływanie wysokotemperaturowego strumienia cieplnego; długotrwałe oddziaływanie źródła ciepła o niskiej intensywności. Ze względu na powyższe uwarunkowania, zgodnie z procedurami określonymi dla elementów konstrukcji lotniczych, zaplanowano program badań doświadczalnych kompozytów polimerowych w celu określenia wpływu wzmocnienia hybrydowego z tkanin: aramidowych (włókna kevlarowe), karbonizowanych (węglowe) oraz szklanych w osnowie epoksydowej modyfikowanej glinokrzemianem warstwowym na właściwości termoochronne i wybrane cechy wytrzymałościowe kompozytu ablacyjnego do zastosowań na obudowę ochronną rejestratora lotniczego. Tests procedures of thermo-protective materials for crash survival of flight data recorders protective cases Abstract Test procedures for crash survival of the flight data recorders (FDR) is presented in the paper. The crashprotected recording medium of the recorder shall be capable of preserving the recorded information when subjected to specific sequences of tests. This chapter provides guidelines for the experimental characterization according to the aviation requirements. Ablative composite materials have been employed. Building-block tests have been designed. Experimental plan of 1st category of type 2 3 material specimens has been prepared. The thermo-protective and mechanical properties of the FDR s with the ablative polymer composite s layer will be the subject of research. Epoxy laminates were made with aramid and glass or aramid and carbon woven fabrics reinforcement. Hardeners PAC and TFF have cured the epoxy resin Epidian 52. Properties of composites have been modified by layered silicates filler Bentonit Specjal Ekstra with 75% content of calcium montmoryllonite MMT. Research will be done, quantitative and qualitative influence of phase type-matter on ablative properties (average rate of ablation, ablation mass waste and back side temperature of specimen) as well as chosen mechanical properties (tensile strength, flexural strength, interlaminar shear strength and cross-impact loading) will be determined and compared. BIBLIOGRAFIA 1. ED-112. Minimum operational performance specification for crash protected airborne recorder systems. March 2003. 2. EUROCAE ED-14D/RTCA DO-160D. Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment. European Organization for Civil Aviation Equipment. 3. EUROCAE ED-56A. Minimum Operation Requirement for Cockpit Voice Recorder System. European Organization for Civil Aviation Equipment. 4. EUROCAE ED-55. Minimum Operation Specification for Flight Data Recorder System. European Organization for Civil Aviation Equipment. 5. Flight Data Recorder Read-Out. Technical and Regulatory Aspect. BAE, May 2005. 6. Komorek A., Przybyłek P., Examination of the influence of cross-impact load on bend strength properties of composite materials, used in aviation. Eksploatacja i Niezawodność Maintenance and Reliability 2012, 14(4): 265 269. 7. KucharczykW., Kształtowanie ablacyjnych właściwości termoochronnych kompozytów polimerowych z napełniaczami proszkowymi. Rozprawa doktorska. Politechnika Radomska, Radom 2006. 8. Kucharczyk W., Wybrane właściwości ablacyjne kompozytów epoksydowych do zastosowań termoochronnych. Przemysł Chemiczny 2010, 89(12): 1673-1676. 9. MIL-HBK-17-1. Composite materials handbook. Volume 1. Polymer matrix composites guidelines for characterization of structural materials. DoD, 2002. 10. Neil A., Campbell H., The Evolution of Flight Data Analysis. http://asasi.org/papers/2007/ 11. Polak Z., Rypulak A., Awionika, przyrządy i systemy pokładowe. WSOSP, Dęblin 2002. 12. Polański Z., Planowanie doświadczeń w technice. PWN, Warszawa 1984. 1290

13. Stevens T, Onley R.E., Morich R.S., Design of a Crash Survivable Locomotive Event Recorder. Arlington 1999. 14. TSO-C124b. Flight data recorder systems. Appendix 1. FAA standards for crash protected enclosures. 15. Zhang J., Chaisombat K., He S., Wang C.H., Hybrid composite laminates reinforced with glass/carbon woven fabrics for lightweight load bearing structures. Materials and Design 2012, 36: 75 80. "This publication has been co-financed with the European Union funds by the European Social Fund" Priority VIII, Operation 8.2 1291