Paino on kaikkea, kun kyse on ilmaa raskaammista koneista, ja suunnittelijat ovat pyrkineet jatkuvasti parantamaan nosto-paino-suhteita siitä lähtien, kun ihminen aloitti ilmassa. Komposiitti materiaalit ovat olleet tärkeä osa painon alentamisessa, ja nykyään käytössä on kolme päätyyppiä: hiilikuitu-, lasi- ja aramidivahvistettu epoksi; on muitakin, kuten boorilla vahvistettuja (itse komposiitti, joka on muodostettu volframisydämelle).
Vuodesta 1987 lähtien komposiittien käyttö ilmailu- ja avaruusteollisuudessa on kaksinkertaistunut viiden vuoden välein, ja uusia komposiitteja ilmestyy säännöllisesti.
käyttötarkoitukset
Komposiitit ovat monipuolisia, niitä käytetään sekä rakenteellisissa sovelluksissa että komponenteissa kaikissa ilma-aluksissa ja Avaruusalukset, kuumailmapallo-gondoleista ja liukukoneista matkustajalentokoneisiin, hävittäjälentokoneisiin ja avaruuteen Shuttle. Sovelluksia voi olla kokonaisista lentokoneista, kuten pyökki Starship, siipikokoonpanoihin, helikopterin roottorin lapoihin, potkureihin, istuimiin ja instrumenttirasioihin.
Tyypeillä on erilaiset mekaaniset ominaisuudet ja niitä käytetään lentokoneiden rakennuksen eri alueilla. Esimerkiksi hiilikuidulla on ainutlaatuinen väsymiskäyttäytyminen ja se on hauras, kuten Rolls-Royce havaitsi 1960-luvulla kun innovatiivinen RB211-suihkumoottori hiilikuitukompressorin terillä epäonnistui katastrofaalisesti linnun takia iskee.
Vaikka alumiinisiipillä on tunnettu metallin väsymisikä, hiilikuitu on paljon vähemmän ennustettavissa (mutta paranee dramaattisesti joka päivä), mutta boori toimii hyvin (kuten Advanced Tacticalin siipi Taistelija). Aramidikuituja ('Kevlar' on tunnettu DuPontin omistama tuotemerkki) käytetään laajasti hunajakennolevyssä erittäin jäykän, erittäin kevyen laipion, polttoainesäiliöiden ja lattioiden rakentamiseksi. Niitä käytetään myös etu- ja takareunakomponenteissa.
Boeing käytti kokeellisessa ohjelmassa 1 500 menestyksekkäästi komposiittiosat korvata 11 000 metallikomponenttia helikopterissa. Komposiittipohjaisten komponenttien käyttö metallin sijasta osana huoltosyklejä kasvaa nopeasti kaupallisessa ja vapaa-ajan ilmailussa.
Kaiken kaikkiaan hiilikuitu on yleisimmin käytetty komposiittikuitu ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.
edut
Olemme jo käsitellyt muutamia, kuten painonsäästöä, mutta tässä on täydellinen luettelo:
- Painon alennus - säästöt, jotka ovat välillä 20-50%, esitetään usein.
- Monimutkaisten komponenttien kokoaminen on helppoa käyttämällä automatisoituja asennuskoneita ja pyörivää muovausprosessia.
- Monokokki ('yksikuoreinen') valetut rakenteet antavat suuremman lujuuden paljon pienemmällä painolla.
- Mekaaniset ominaisuudet voidaan räätälöidä ”asettelumallilla” kaventuvilla vahvistuskankaan paksuuksilla ja kankaan suunnalla.
- Yhdistelmien lämpöstabiilisuus tarkoittaa, että ne eivät laajene / supistu liiallisesti lämpötilan muutoksen myötä (esimerkiksi 90 ° F: n kiitotie -67 ° F: seen 35 000 jalkaa muutamassa minuutissa).
- Suuri iskunkestävyys - Kevlar (aramid) panssari suojaa myös lentokoneita - esimerkiksi vähentäen moottorin ohjaussäätimien ja polttoaineletkujen sisältävien moottoripylväiden vahingossa tapahtuvia vaurioita.
- Suuri vaurioiden sietokyky parantaa onnettomuuksien selviytymistä.
- "Galvaaninen" - sähköinen - korroosio-ongelmia, joita voisi ilmetä kahden erilaisen metallin ollessa kosketuksissa (etenkin kosteassa meriympäristössä), vältetään. (Tässä ei-johtavalla lasikuitulla on merkitys.)
- Yhdistelmäväsymis- / korroosio-ongelmat eliminoidaan käytännössä.
Tulevaisuuden näkymät
Yhä kasvavilla polttoainekustannuksilla ja ympäristön edunvalvonta, kaupalliseen lentämiseen kohdistuu jatkuvaa painetta suorituskyvyn parantamiseksi, ja painon alentaminen on avaintekijä yhtälössä.
Päivittäisten käyttökustannusten lisäksi ilma-alusten huolto-ohjelmia voidaan yksinkertaistaa vähentämällä komponenttien määrää ja korroosiota. Lentokoneiden rakentamisen kilpailukyky varmistaa, että kaikkia mahdollisuuksia alentaa käyttökustannuksia tutkitaan ja hyödynnetään mahdollisuuksien mukaan.
Kilpailu on olemassa myös sotilasalalla, ja jatkuvassa paineessa kasvaa hyötykuorma ja kantama, lentosuoritusominaisuudet ja ”selviytymiskyky” paitsi lentokoneissa myös ohjuksissa.
Komposiittitekniikka etenee edelleen, ja uusien tyyppien, kuten basaltti- ja hiilinanoputkimuotojen, syntyminen nopeuttaa ja laajentaa komposiittien käyttöä.
Kun kyse on ilmailu-, komposiittimateriaalit ovat täällä jäädäkseen.