Hmotnost je vše, co se týká těžších strojů než vzduchů, a designéři se neustále snažili zlepšovat poměr zdvihu k hmotnosti od chvíle, kdy se člověk poprvé dostal do vzduchu. Kompozitní materiály hrály hlavní roli při snižování hmotnosti a dnes se používají tři hlavní typy: epoxidem zesílená uhlíková vlákna, sklo a aramid; tam jsou jiní, takový jak bor-posílil (sám složený se tvořil na wolframovém jádru).
Od roku 1987 se používání kompozitů v letectví zdvojnásobuje každých pět let a pravidelně se objevují nové kompozity.
Použití
Kompozity jsou univerzální, používají se jak pro konstrukční aplikace, tak pro komponenty, ve všech letadlech a kosmická loď, od horkovzdušných balónových gondol a kluzáků po osobní letadla, stíhací letadla a vesmír Kyvadlová doprava. Aplikace sahají od kompletních letadel, jako je Beech Starship, po sestavy křídel, lopatky rotoru vrtulníku, vrtule, sedadla a krytí přístrojů.
Typy mají různé mechanické vlastnosti a používají se v různých oblastech konstrukce letadel. Například uhlíkové vlákno má jedinečné únavové chování a je křehké, jak objevil Rolls-Royce v 60. letech když inovativní proudový motor RB211 s lopatkami kompresoru z uhlíkových vláken katastroficky selhal kvůli ptákům stávky.
Zatímco hliníkové křídlo má známou životnost kovové únavy, uhlíkové vlákno je mnohem méně předvídatelné (ale dramaticky se zlepšuje každý den), ale bór funguje dobře (například v křídle Advanced Tactical) Bojovník). Aramidová vlákna („Kevlar“ je známá patentovaná značka vlastněná společností DuPont) se široce používají ve formě voštinového plechu pro konstrukci velmi tuhých, velmi lehkých přepážek, palivových nádrží a podlah. Používají se také ve špičkových a koncových křídlech.
V experimentálním programu Boeing úspěšně použil 1 500 kompozitní díly nahradit 11 000 kovových součástí ve vrtulníku. Použití komponentů na bázi kompozitu namísto kovu v rámci údržbových cyklů v komerčním a rekreačním letectví rychle roste.
Celkově je uhlíkové vlákno nejčastěji používaným kompozitním vláknem v leteckých aplikacích.
Výhody
Už jsme se dotkli několika, jako je například úspora hmotnosti, ale zde je úplný seznam:
- Snížení hmotnosti - často se uvádějí úspory v rozmezí 20% - 50%.
- Je snadné sestavit složité komponenty pomocí automatizovaného uspořádání strojů a procesů rotačního tváření.
- Monokokové („jednoplášťové“) formované struktury poskytují vyšší pevnost při mnohem nižší hmotnosti.
- Mechanické vlastnosti mohou být upraveny designem „Lay-up“ se zužujícími se tloušťkami vyztužující látky a orientací látky.
- Tepelná stabilita kompozitů znamená, že se příliš neroztahují / smršťují se změnou teploty (například dráha 90 ° F na -67 ° F při 35 000 stopách během několika minut).
- Vysoká odolnost proti nárazu - také pancéřové štíty Kevlar (aramidové) - například snížení náhodného poškození pylonů motoru, které nesou ovládací prvky motoru a palivová vedení.
- Vysoká odolnost proti poškození zlepšuje přežití při nehodě.
- Vyhýbají se „galvanickým“ - problémům s elektrickou korozí, ke kterým by mohlo dojít, když jsou dva různé kovy ve styku (zejména ve vlhkém mořském prostředí). (Zde hraje roli nevodivé sklolaminát.)
- Problémy s únavou / korozí v kombinaci jsou prakticky vyloučeny.
Výhled do budoucna
Se stále rostoucími náklady na palivo a ekologické lobbyování, komerční létání je pod trvalým tlakem ke zlepšení výkonu a redukce hmotnosti je klíčovým faktorem v rovnici.
Kromě každodenních provozních nákladů lze programy údržby letadel zjednodušit snížením počtu součástí a snížením koroze. Konkurenční povaha podnikání v oblasti konstrukce letadel zajišťuje, že je-li to možné, je prozkoumávána a využívána jakákoli příležitost ke snížení provozních nákladů.
Soutěž existuje také v armádě, s neustálým tlakem na zvyšování užitečného zatížení a dojezdu, charakteristik letového výkonu a „schopnosti přežití“ nejen letadel, ale také raket.
Technologie kompozitů pokračuje v postupu a příchod nových typů, jako jsou čedičové a uhlíkové nanotrubičky, zrychluje a rozšiřuje použití kompozitů.
Pokud jde o letectví, kompozitní materiály jsou tu, aby zůstaly.