Hmotnosť je všetko, čo sa týka ťažších strojov ako vzduch, a dizajnéri sa neustále snažia zlepšovať pomer zdvíhania a hmotnosti od chvíle, keď sa človek prvýkrát vzal do vzduchu. Kompozitné materiály zohrávali hlavnú úlohu pri znižovaní hmotnosti a dnes sa používajú tri hlavné typy: epoxidom zosilnená uhlíková vláknina, sklo a aramid; existujú aj ďalšie látky, ako napríklad bór-zosilnený (samotný kompozit vytvorený na volfrámovom jadre).
Od roku 1987 sa používanie kompozitov v letectve zdvojnásobuje každých päť rokov a pravidelne sa objavujú nové kompozity.
použitie
Kompozity sú všestranné, používajú sa na štrukturálne aplikácie a komponenty, vo všetkých lietadlách a kozmická loď, od horúcich vzduchových balónových gondolov a klzákov po osobné dopravné lietadlá, bojové lietadlá a vesmír Shuttle. Aplikácie siahajú od kompletných lietadiel, ako je napríklad buková loď Beech, po zostavy krídel, listy rotora vrtuľníka, vrtule, sedadlá a kryty prístrojov.
Tieto typy majú rôzne mechanické vlastnosti a používajú sa v rôznych oblastiach konštrukcie lietadiel. Napríklad uhlíkové vlákno má jedinečné únavové správanie a je krehké, ako objavil Rolls-Royce v 60. rokoch 20. storočia. keď inovatívny prúdový motor RB211 s lopatkami kompresora z uhlíkových vlákien zlyhal v dôsledku vtáka katastroficky štrajku.
Zatiaľ čo hliníkové krídlo má známu životnosť s únavou kovov, uhlíkové vlákno je oveľa menej predvídateľné (ale dramaticky sa zlepšuje každý deň), ale bór funguje dobre (napríklad v krídle Advanced Tactical) Fighter). Aramidové vlákna („Kevlar“ je dobre známa značková značka, ktorú vlastní DuPont) sa bežne používajú vo forme plástových plátov na stavbu veľmi tuhých, veľmi ľahkých prepážok, palivových nádrží a podláh. Používajú sa tiež ako komponenty predných a koncových krídel.
V experimentálnom programe Boeing úspešne použil 1 500 kompozitné diely nahradiť 11 000 kovových komponentov vo vrtuľníku. Použitie komponentov na báze kompozitu namiesto kovu v rámci údržbových cyklov v komerčnom a rekreačnom letectve rýchlo rastie.
Celkovo je uhlíkové vlákno najčastejšie používaným kompozitným vláknom v leteckých aplikáciách.
výhody
Už sme sa dotkli niekoľkých, ako je napríklad úspora hmotnosti, ale tu je úplný zoznam:
- Redukcia hmotnosti - často sa uvádzajú úspory v rozmedzí 20% - 50%.
- Zostavovanie zložitých komponentov je jednoduché pomocou automatizovaného zariadenia na vrstvenie a procesov rotačného formovania.
- Monokokové („jednoplášťové“) lisované štruktúry dodávajú vyššiu pevnosť pri oveľa menšej hmotnosti.
- Mechanické vlastnosti môžu byť upravené dizajnom „lay-up“, so zužujúcimi sa hrúbkami vystužovacej látky a orientáciou látky.
- Tepelná stabilita kompozitov znamená, že sa neprimerane nerozťahujú / nezmršťujú so zmenou teploty (napríklad dráha 90 ° F až -67 ° F pri 35 000 stôp za pár minút).
- Vysoká odolnosť proti nárazu - tiež pancierové štíty Kevlar (aramidové) - napríklad zníženie náhodného poškodenia stĺpov motora, ktoré nesú ovládače motora a palivové vedenie.
- Vysoká odolnosť proti poškodeniu zlepšuje prežitie pri nehode.
- Vyvarujú sa problémom s "galvanickou" - elektrickou koróziou, ktoré by sa vyskytli pri kontakte dvoch rôznych kovov (najmä vo vlhkom morskom prostredí). (Tu hrá úlohu nevodivé sklolaminát.)
- Problémy spojené s únavou / koróziou sú prakticky vylúčené.
Budúci výhľad
S neustále sa zvyšujúcimi nákladmi na palivo a environmentálne lobovanie, komerčné lietanie je pod neustálym tlakom na zlepšenie výkonnosti a zníženie hmotnosti je kľúčovým faktorom v rovnici.
Okrem každodenných prevádzkových nákladov možno programy údržby lietadiel zjednodušiť znížením počtu komponentov a znížením korózie. Konkurenčný charakter podnikania v oblasti konštrukcie lietadiel zabezpečuje, aby sa preskúmala a využila každá príležitosť na zníženie prevádzkových nákladov, kedykoľvek je to možné.
Konkurencia existuje aj v armáde s neustálym tlakom na zvyšovanie užitočného zaťaženia a dojazdu, charakteristík letových výkonov a „schopnosti prežitia“, nielen letúnov, ale aj rakiet.
Kompozitná technológia pokračuje v postupe a príchod nových typov, ako sú čadičové formy a formy uhlíkových nanorúrok, určite urýchli a rozšíri využitie kompozitov.
Pokiaľ ide o letectvo, kompozitné materiály tu majú zostať.