Composites in Aerospace

Vikt är allt när det gäller tyngre maskiner än luft, och designers har kontinuerligt strävat efter att förbättra lyft-till-viktförhållandena sedan människan först tog luften. Kompositmaterial har spelat en viktig roll i viktminskningen, och idag finns det tre huvudtyper som används: kolfiber-, glas- och aramidförstärkt epoxi .; det finns andra, till exempel borförstärkt (i sig själv en komposit bildad på en volframkärna).

Sedan 1987 har användningen av kompositer i flyg- och rymddubblarna fördubblats vart femte år, och nya kompositer dyker upp regelbundet.

användningsområden

Kompositer är mångsidiga, används för både strukturella tillämpningar och komponenter, i alla flygplan och rymdfarkoster, från varmluftsballonggondoler och flygflygplan till passagerarflygplan, jaktplan och rymdfärjan. Tillämpningar sträcker sig från kompletta flygplan som Beech Starship till vingeenheter, helikopterrotorblad, propeller, säten och instrumentkapslingar.

Typerna har olika mekaniska egenskaper och används inom olika flygplanskonstruktioner. Kolfiber har till exempel unikt trötthetsbeteende och är sprött, vilket Rolls-Royce upptäckte på 1960-talet när den innovativa RB211-jetmotorn med kolfiberkompressorklingor misslyckades katastrofalt på grund av fågelslag.

Medan en aluminiumvinge har en känd livslängd för metalltrötthet, är kolfiber mycket mindre förutsägbar (men dramatiskt förbättrar varje dag), men bor fungerar bra (som i vingen på Advanced Tactical Fighter). Aramidfibrer ('Kevlar' är ett välkänt egenvarumärke som ägs av DuPont) används i stor utsträckning i form av honungskakplåt för att konstruera mycket styva, mycket lätt skott, bränsletankar och golv. De används också i ledande och bakkantade vingkomponenter.

I ett experimentprogram använde Boeing framgångsrikt 1500 sammansatta delar för att ersätta 11 000 metallkomponenter i en helikopter. Användningen av kompositbaserade komponenter i stället för metall som en del av underhållscykler växer snabbt inom kommersiellt och fritidsflyg.

Sammantaget är kolfiber den mest använda sammansatta fibern inom flyg- och rymdapplikationer.

fördelar

Vi har redan berört några, till exempel viktbesparing, men här är en fullständig lista:

• Viktminskning - besparingar i intervallet 20-50% anges ofta.
• Det är lätt att montera komplexa komponenter med automatiska uppläggningsmaskiner och rotationsgjutningsprocesser.
• Formade strukturer av monocoque ("enskaligt") ger högre hållfasthet vid mycket lägre vikt.
• Mekaniska egenskaper kan skräddarsys genom "upplägg" -konstruktion med avsmalnande tjocklekar av armeringsduk och tygorientering.
• Värmestabilitet hos kompositer innebär att de inte expanderar / dras ihop alltför med en temperaturförändring (till exempel en 90 ° F-bana till -67 ° F vid 35 000 fot på några minuter).
• Högt motståndskraft - Kevlar (aramid) pansarsköldar också plan - för att till exempel minska oavsiktliga skador på motorpylonerna som bär motorstyrningar och bränsleledningar.
• Hög skada tolerans förbättrar olyckans överlevnad.
• "Galvanisk" - elektrisk - korrosionsproblem som skulle uppstå när två olika metaller är i kontakt (särskilt i fuktiga marina miljöer) undviks. (Här spelar icke-ledande fiberglas en roll.)
• Kombinationsutmattning / korrosionsproblem elimineras praktiskt taget.

Framtidsutsikter

Med ständigt ökande bränslekostnader och miljölobbying är kommersiell flygning under ständigt tryck för att förbättra prestanda, och viktminskning är en nyckelfaktor i ekvationen.

Utöver de dagliga driftskostnaderna kan underhållsprogram för flygplan förenklas genom komponenträkning och korrosionsminskning. Den konkurrenskraftiga karaktären av flygplanskonstruktionsföretaget säkerställer att alla möjligheter att minska driftskostnaderna utforskas och utnyttjas där det är möjligt.

Konkurrens finns också i militären, med kontinuerligt tryck för att öka nyttolast och räckvidd, egenskaper för flygprestanda och "överlevnad", inte bara för flygplan utan också för missiler..

Kompositteknologin fortsätter att utvecklas, och tillkomsten av nya typer som basalt- och kol nanorörformer är säkert att påskynda och utöka kompositanvändningen.

När det gäller luftfart är kompositmaterial här för att stanna.