Greutatea este totul atunci când vine vorba de mașini mai grele decât aerul, iar designerii s-au străduit să îmbunătățească raporturile de ridicare la greutate de când omul a luat-o pentru prima dată în aer. Materiale compozite au jucat un rol major în reducerea greutății, iar astăzi există trei tipuri principale de utilizare: epoxidul armat cu fibre de carbon, sticlă și aramidă.; există și altele, cum ar fi armat cu bor (în sine un compozit format pe un miez de tungsten).
Din 1987, utilizarea compozitelor în aerospațial s-a dublat la fiecare cinci ani și apar noi compozite în mod regulat.
utilizări
Compozitele sunt versatile, utilizate atât pentru aplicații structurale, cât și pentru componente, în toate aeronavele și nave spațiale, de la gondole și balansoare cu aer cald, avioane de pasageri, avioane de luptă și Space Shuttle. Aplicațiile variază de la avioane complete, cum ar fi navele de fag Beech, până la ansambluri cu aripi, lame rotor pentru elicoptere, elice, scaune și carcase de instrumente.
Tipurile au proprietăți mecanice diferite și sunt utilizate în diferite zone ale construcției aeronavelor. Fibra de carbon, de exemplu, are un comportament unic de oboseală și este fragilă, așa cum a descoperit Rolls-Royce în anii '60 când motorul inovativ RB211 cu lame de compresor din fibră de carbon a eșuat catastrofal din cauza păsărilor greve.
În timp ce o aripă de aluminiu are o viață de oboseală a metalului cunoscută, fibra de carbon este mult mai puțin previzibilă (însă îmbunătățindu-se dramatic în fiecare zi), dar borul funcționează bine (cum ar fi în aripa Tacticalului avansat Luptător). Fibrele Aramid („Kevlar” este o marcă cunoscută deținută de DuPont) sunt utilizate pe scară largă sub formă de foi de fagure pentru a construi pereți foarte rigizi, foarte ușori, rezervoare de combustibil și pardoseli. De asemenea, sunt utilizate în componentele aripii de conducere și de finalizare.
Într-un program experimental, Boeing a utilizat cu succes 1.500 piese compozite pentru a înlocui 11.000 de componente metalice într-un elicopter. Utilizarea componentelor pe bază de compozit în locul metalului ca parte a ciclurilor de întreținere crește rapid în aviația comercială și de agrement.
În general, fibra de carbon este cea mai utilizată fibră compozită în aplicațiile aerospațiale.
avantaje
Am atins deja câteva, cum ar fi reducerea în greutate, dar aici este o listă completă:
- Reducerea greutății - se menționează deseori economiile cuprinse între 20% -50%.
- Este ușor de asamblat componente complexe folosind utilaje automate de montaj și procese de turnare rotative.
- Structurile modelate monocase („coajă unică”) oferă o rezistență mai mare la o greutate mult mai mică.
- Proprietățile mecanice pot fi adaptate prin designul „aranjării”, cu grosimi conice de armare a pânzei și a pânzei.
- Stabilitatea termică a compozitelor înseamnă că nu se extind / contractează excesiv cu o schimbare a temperaturii (de exemplu, o pistă de 90 ° F până la -67 ° F la 35.000 de picioare în câteva minute).
- Rezistență la impact ridicat - armatura Kevlar (aramidă) protejează, de asemenea, avioanele - de exemplu, reducând daunele accidentale la stâlpii motorului care transportă comenzile motorului și liniile de combustibil.
- Toleranța ridicată la daune îmbunătățește supraviețuirea accidentelor.
- „Galvanic” - electric - probleme de coroziune care ar apărea atunci când două metale diferite sunt în contact (în special în mediile marine umede) sunt evitate. (Aici fibra de sticlă non-conductivă joacă un rol.)
- Problemele de oboseală / coroziune combinate sunt practic eliminate.
Perspective viitoare
Cu costuri de combustibil și în continuă creștere lobby de mediu, zborul comercial se află sub presiune susținută pentru a îmbunătăți performanța, iar reducerea în greutate este un factor cheie în ecuație.
Dincolo de costurile de exploatare zilnice, programele de întreținere a aeronavei pot fi simplificate prin reducerea numărului de componente și prin reducerea coroziunii. Natura competitivă a activității de construcție a aeronavelor asigură că orice oportunitate de reducere a costurilor de exploatare este explorată și exploatată acolo unde este posibil.
Concurența există și în armată, cu o presiune continuă pentru creșterea sarcinii utile și a gamei, caracteristicile performanței zborului și „supraviețuirea”, nu numai a avioanelor, ci și a rachetelor.
Tehnologia compozită continuă să avanseze, iar apariția de noi tipuri, cum ar fi formele de bazalt și nanotub de carbon este sigură să accelereze și să extindă utilizarea compozitului.
Când vine vorba de aerospațial, materialele compozite sunt aici pentru a rămâne.