Kompozītmateriāli gaisa kuģa konstrukcijā

Kompozītmateriālus plaši izmanto gaisa kuģu rūpniecībā un ir ļāvuši inženieriem pārvarēt šķēršļus, kas man bija, lietojot materiālus atsevišķi. Materiāli, kas sastāv no sastāvdaļām, saglabā savu identitāti kompozītmateriālos un citādi pilnībā nepieskaita viens otru. Materiāli kopā veido „hibrīda” materiālu, kam ir uzlabotas strukturālās īpašības. Parastajiem kompozītmateriāliem, ko izmanto lidmašīnās, ir stiklšķiedras, oglekļa šķiedras un ar šķiedru pastiprinātas matricas sistēmas vai jebkura no šīm kombinācijām.

No visiem šiem materiāliem stikla šķiedra ir visizplatītākais kompozītmateriāls, un pirmo reizi to plaši izmantoja laivās un automobiļos 1950. gados.

Kompozītmateriāls Padara ceļu aviācijā

Saskaņā ar Federālās aviācijas aģentūras sniegto informāciju kompozīts materiāls ir bijis jau kopš Otrā pasaules kara. Gadu gaitā šī unikālā materiālu kombinācija ir kļuvusi arvien populārāka, un šodien to var atrast daudzās dažādās lidmašīnās, kā arī planieros.Gaisa kuģu konstrukcijas parasti sastāv no 50 līdz 70 procentiem kompozītmateriālu.

Stikla šķiedra pirmo reizi aviācijā izmantoja Boeing tās pasažieru lidmašīnā 1950. gados. Kad Boeing 2012. gadā izvērsa savu jauno 787 Dreamliner, tā lepojās ar to, ka lidmašīna bija 50% kompozīta materiāla. Jauni lidaparāti, kas mūsdienās izbrauc no līnijas, gandrīz visās savās konstrukcijās iekļauj kādu no kompozītmateriāliem.

Lai gan kompozītmateriāli aviācijas nozarē joprojām tiek izmantoti ļoti bieži, pateicoties to daudzajām priekšrocībām, daži saka, ka šie materiāli rada arī risku aviācijai. Tālāk mēs līdzsvarojam svarus un nosveram šī materiāla priekšrocības un trūkumus.

Priekšrocības

Svara samazināšana ir vienīgā vislielākā kompozītu materiālu izmantošanas priekšrocība, un tas ir galvenais faktors to izmantošanā gaisa kuģu konstrukcijā. Šķiedru pastiprinātas matricas sistēmas ir spēcīgākas par tradicionālo alumīniju, kas atrodama lielākajā daļā gaisa kuģu, un tās nodrošina gludu virsmu un palielina degvielas patēriņa efektivitāti, kas ir milzīgs ieguvums.

Arī kompozītmateriāli nerūsē tik viegli, kā citas struktūras. Tie nav plaisas no metāla noguruma, un tie ir labi strukturālās lokanās vidēs. Kompozītu dizains arī ilgst ilgāk par alumīniju, kas nozīmē mazāk apkopes un remonta izmaksas.

Trūkumi

Tā kā kompozītmateriāli nav viegli salauzti, ir grūti pateikt, vai salona konstrukcija vispār ir bojāta, un tas, protams, ir visbiežāk sastopamais materiāla trūkums. Turpretim viegli alumīnija līkumu un iespiedumu dēļ ir viegli noteikt strukturālos bojājumus. Turklāt remonts var būt daudz grūtāks, ja ir bojāta kompozīta virsma, kas galu galā kļūst dārgāka.

Arī kompozītmateriālā izmantotais sveķis vājinās 150 grādu temperatūrās, tāpēc šiem gaisa kuģiem ir svarīgi veikt papildu piesardzības pasākumus, lai izvairītos no ugunsgrēkiem. Ugunsgrēki, kas saistīti ar kompozītmateriāliem, var izdalīt gaisā toksiskus dūmus un mikrodaļiņas, kas rada risku veselībai. Temperatūra virs 300 grādiem var izraisīt strukturālu kļūmi.

Visbeidzot, kompozītmateriāli var būt dārgi, lai gan var apgalvot, ka augstās sākotnējās izmaksas parasti kompensē ilgtermiņa ietaupījumi.