Svars ir viss, kas attiecas uz mašīnām, kas ir smagākas par gaisu, un dizaineri kopš cilvēka pirmās pacelšanas gaisā ir nepārtraukti centušies uzlabot celšanas un svara attiecību. Kompozītmateriāli ir spēlējuši nozīmīgu lomu svara samazināšanā, un mūsdienās tiek izmantoti trīs galvenie veidi: oglekļa šķiedra, stikls un ar aramīdu pastiprināta epoksīdsveļa.; ir arī citi, piemēram, pastiprināti ar boru (pats par sevi kompozīts, kas izveidots uz volframa serdes).
Kopš 1987. gada kompozītmateriālu izmantošana kosmosā ir divkāršojusies ik pēc pieciem gadiem, un regulāri parādās jauni kompozītmateriāli.
Lietojumi
Kompozītmateriāli ir daudzpusīgi, tos izmanto gan konstrukcijas vajadzībām, gan komponentiem visos gaisa kuģos un kosmosa kuģis, sākot no karstā gaisa balonu gondolām un planieriem līdz pasažieru lidmašīnām, iznīcinātājiem un kosmosam Shuttle. Pielietojums var būt no pilnām lidmašīnām, piemēram, dižskābardis Starship, līdz spārnu mezgliem, helikoptera rotora lāpstiņām, propelleriem, sēdekļiem un instrumentu korpusiem.
Šiem tipiem ir dažādas mehāniskās īpašības, un tos izmanto dažādās gaisa kuģu konstrukcijas jomās. Piemēram, oglekļa šķiedrai piemīt unikāla noguruma izturēšanās un tā ir trausla, kā 1960. gados atklāja Rolls-Royce kad putna dēļ katastrofāli neizdevās inovatīvais reaktīvo dzinējs RB211 ar oglekļa šķiedras kompresora lāpstiņām streiki.
Kamēr alumīnija spārnam ir zināms kalpošanas laiks no metāla noguruma, oglekļa šķiedra ir daudz mazāk paredzama (bet dramatiski uzlabojot katru dienu), bet bors darbojas labi (piemēram, uzlabotās taktiskās darbības spārnā) Cīnītājs). Aramīda šķiedras (“Kevlar” ir labi pazīstams firmas zīmols, kas pieder DuPont) plaši izmanto šūnveida loksnes veidā, lai izveidotu ļoti stingru, ļoti vieglu starpsienu, degvielas tvertnes un grīdas. Tos izmanto arī spārnu priekšējās un aizmugurējās detaļās.
Eksperimentālā programmā Boeing veiksmīgi izmantoja 1500 saliktas detaļas nomainīt 11 000 metāla detaļu helikopterā. Kompozītmateriālu bāzes sastāvdaļu izmantošana apkopes ciklu vietā metāla vietā komerciālajā un atpūtas aviācijā strauji pieaug.
Kopumā oglekļa šķiedra ir visplašāk izmantotā kompozītšķiedra kosmosa lietojumos.
Priekšrocības
Mēs jau esam pieskārušies dažiem, piemēram, svara samazināšanai, bet šeit ir pilns saraksts:
- Svara samazināšana - bieži tiek pieminēti ietaupījumi diapazonā no 20% līdz 50%.
- Izmantojot automatizētās izvietošanas mašīnas un rotācijas formēšanas procesus, ir viegli salikt sarežģītus komponentus.
- Monokoku (“čaumalu”) veidotās struktūras nodrošina lielāku izturību ar daudz mazāku svaru.
- Mehāniskās īpašības var pielāgot, izmantojot 'izkārtojuma' dizainu ar konusveida stiegrojuma auduma biezumu un auduma orientāciju.
- Kompozītu termiskā stabilitāte nozīmē, ka tie pārāk nepaplašinās / nesaraujas ar temperatūras izmaiņām (piemēram, 90 ° F skrejceļš līdz -67 ° F pie 35 000 pēdām dažu minūšu laikā).
- Augsta triecienizturība - arī Kevlara (aramīda) bruņas aizsedz lidmašīnas, piemēram, samazinot nejaušus dzinēja pilonu bojājumus, kuriem ir motora vadības ierīces un degvielas padeves caurules.
- Augsta izturība pret bojājumiem uzlabo nelaimes gadījumu izturību.
- Tiek novērstas 'galvaniskās' - elektriskās korozijas problēmas, kas varētu rasties, saskaroties diviem atšķirīgiem metāliem (īpaši mitrā jūras vidē). (Šeit lomu spēlē nevadoša stikla šķiedra.)
- Kombinētās noguruma / korozijas problēmas ir praktiski novērstas.
Nākotnes perspektīva
Ar arvien pieaugošajām degvielas izmaksām un vides lobēšana, komerciālai lidošanai ir ilgstošs spiediens, lai uzlabotu sniegumu, un svara samazināšana ir galvenais vienādojuma faktors.
Papildus ikdienas ekspluatācijas izmaksām gaisa kuģu tehniskās apkopes programmas var vienkāršot, samazinot sastāvdaļu skaitu un samazinot koroziju. Lidaparātu būvniecības biznesa konkurences raksturs nodrošina, ka visas iespējas samazināt ekspluatācijas izmaksas tiek izpētītas un izmantotas, kad vien iespējams.
Konkurence pastāv arī militāros apstākļos ar pastāvīgu spiedienu palielināt kravas un diapazonu, lidojuma veiktspējas raksturlielumus un “izturību” ne tikai lidmašīnās, bet arī raķetēs.
Kompozītmateriālu tehnoloģija turpina progresēt, un noteikti pieaugs un paplašināsies jaunu veidu, piemēram, bazalta un oglekļa nanocauruļu formu parādīšanās.
Ja runājam par kosmisko aviāciju, šeit ir palikuši kompozītmateriāli.