W przypadku maszyn cięższych od powietrza najważniejsza jest waga, a projektanci nieustannie starają się poprawiać stosunek siły nośnej do masy, odkąd człowiek wzniósł się w powietrze. Materiały kompozytowe odegrały znaczącą rolę w redukcji masy, a obecnie istnieją trzy główne typy zastosowania: żywica epoksydowa wzmocniona włóknem węglowym, szkłem i aramidem.; istnieją inne, takie jak wzmocniony borem (sam kompozyt uformowany na rdzeniu wolframowym).
Od 1987 r. Wykorzystanie kompozytów w lotnictwie wzrosło dwukrotnie co pięć lat i regularnie pojawiają się nowe kompozyty.
Używa
Kompozyty są wszechstronne, stosowane zarówno do zastosowań konstrukcyjnych, jak i komponentów, we wszystkich statkach powietrznych i statek kosmiczny, od gondoli balonów na ogrzane powietrze i szybowców po samoloty pasażerskie, samoloty myśliwskie i kosmos Czółenko. Zakres zastosowania obejmuje kompletne samoloty, takie jak statek bukowy, zespoły skrzydeł, łopaty wirników śmigłowców, śmigła, siedzenia i obudowy instrumentów.
Typy mają różne właściwości mechaniczne i są stosowane w różnych obszarach konstrukcji samolotów. Na przykład włókno węglowe ma wyjątkowe zachowanie zmęczeniowe i jest kruche, jak odkrył Rolls-Royce w latach 60 kiedy innowacyjny silnik odrzutowy RB211 z łopatkami kompresora z włókna węglowego zawiódł katastrofalnie z powodu ptaka Uderzenia.
Podczas gdy aluminiowe skrzydło ma znaną trwałość zmęczeniową metalu, włókno węglowe jest znacznie mniej przewidywalne (ale dramatycznie poprawia się każdego dnia), ale bor działa dobrze (na przykład w skrzydle Advanced Tactical) Wojownik). Włókna aramidowe („Kevlar” to znana marka należąca do DuPont) są szeroko stosowane w formie arkuszy o strukturze plastra miodu do budowy bardzo sztywnej, bardzo lekkiej grodzi, zbiorników paliwa i podłóg. Są również stosowane w komponentach skrzydeł wiodących i tylnych.
W programie eksperymentalnym Boeing z powodzeniem wykorzystał 1500 części kompozytowe zastąpić 11 000 metalowych elementów w helikopterze. Zastosowanie komponentów kompozytowych zamiast metalu w ramach cykli serwisowych szybko rośnie w lotnictwie komercyjnym i rekreacyjnym.
Ogólnie rzecz biorąc, włókno węglowe jest najczęściej stosowanym włóknem kompozytowym w zastosowaniach lotniczych.
Zalety
Dotknęliśmy już kilku, takich jak oszczędność wagi, ale oto pełna lista:
- Redukcja wagi - często podaje się oszczędności w przedziale 20–50%.
- Łatwo jest montować złożone elementy za pomocą zautomatyzowanych maszyn do układania i procesów formowania rotacyjnego.
- Formowane struktury monocoque („single-shell”) zapewniają większą wytrzymałość przy znacznie niższej masie.
- Własności mechaniczne można dopasować dzięki „układaniu”, przy zwężającej się grubości tkaniny wzmacniającej i orientacji tkaniny.
- Stabilność termiczna kompozytów oznacza, że nie rozszerzają się / kurczą nadmiernie ze zmianą temperatury (na przykład pas startowy 90 ° F do -67 ° F przy 35 000 stóp w ciągu kilku minut).
- Wysoka odporność na uderzenia - Kevlar (aramid) również osłania samoloty - na przykład, zmniejszając przypadkowe uszkodzenie słupów silnika, które przenoszą elementy sterujące silnika i przewody paliwowe.
- Wysoka tolerancja na uszkodzenia poprawia przeżywalność wypadków.
- Unika się problemów „galwanicznych” - elektrycznych - korozyjnych, które mogłyby wystąpić, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą (szczególnie w wilgotnym środowisku morskim). (Tutaj rolę odgrywa nieprzewodzące włókno szklane.)
- Problemy zmęczenia / korozji kombinacji są praktycznie wyeliminowane.
Perspektywy na przyszłość
Przy stale rosnących kosztach paliwa i lobbing ekologiczny, latanie komercyjne jest pod stałą presją, aby poprawić osiągi, a zmniejszenie wagi jest kluczowym czynnikiem w równaniu.
Oprócz codziennych kosztów operacyjnych, programy obsługi technicznej samolotów można uprościć poprzez zmniejszenie liczby elementów i zmniejszenie korozji. Konkurencyjny charakter działalności związanej z budową samolotów zapewnia, że każda okazja do obniżenia kosztów operacyjnych jest badana i wykorzystywana wszędzie tam, gdzie to możliwe.
Konkurencja istnieje również w wojsku, przy ciągłej presji na zwiększenie ładowności i zasięgu, charakterystyk osiągów lotu i „przeżywalności”, nie tylko samolotów, ale także pocisków.
Technologia kompozytów stale się rozwija, a pojawienie się nowych typów, takich jak bazaltowe i węglowe nanorurki, z pewnością przyspieszy i rozszerzy wykorzystanie kompozytu.
Jeśli chodzi o lotnictwo, materiały kompozytowe pozostaną.