Kounye a, materyèl konpoze yo vin youn nan kat gwo sistèm materyèl ansanm ak materyèl metalik, materyèl polymère, ak materyèl inòganik ki pa-metalik. Nivo endistri materyèl konpoze yon nasyon vin tounen yon endikatè kle nan fòs syantifik, teknolojik ak ekonomik li. Materyèl konpoze avanse yo se yon sous avantaj konpetitif pou sekirite nasyonal ak ekonomi an. Yo prevwa ke nan 2020, sèlman materyèl konpoze pral gen potansyèl pou reyalize yon amelyorasyon pèfòmans 20%-25%.
1. Aplikasyon nan Estrikti Fuselage Avyon
Materyèl konpoze avanse yo itilize pou fabrike primè chaj-estrikti portant ak segondè chaj-estrikti pote, ki ofri rèd ak fòs ki konparab ak oswa depase sa yo ki nan alyaj aliminyòm. Materyèl sa yo kounye a lajman aplike nan fabrikasyon estrikti fuselage avyon ak ti estrikti entegre machin ayeryen san ekipe (UAV). Etazini te adopte anpil konpoze nan avyon de gè ak avyon de konba. Nan ane 1960 yo, Etazini te premye itilize fib kabòn-plastik ranfòse (CFRP) nan avyon militè pou konpozan tankou pòt kabin, panno aksè, karen, ak sifas kontwòl (egzanp, elon oswa wou) kondisyon ki pa-chaj-pote. Nan kòmansman ane 1980 yo, konpoze avanse nan konpozan ke yo tankou estabilizasyon vètikal ak orizontal (estrikti segondè chaj-pote), jan yo wè nan avyon tankou F-15, F{-16, F-18, Mirage 2000, ak Mirage 40000000, ak faz sa a rete limite. Ane 1980 yo, avyon de gè katriyèm jenerasyon tankou F-22 ak F-35 JSF yo te kòmanse enkòpore konpoze nan gwo estrikti pou pote chay tankou zèl ak fuselages, akselere entegrasyon konpoze nan avyon militè yo. Itilizasyon materyèl konpoze yo kontinye ogmante (Tablo 1-2), kounye a reprezante 20%-50% mas estriktirèl la nan avyon militè modèn yo.
Konpayi Britanik ICI te itilize GF/PA (polyamid fibre vè -ranfòse poliamid) pou pwodwi tiyo pou avyon de gè, asire tiyo sa yo kenbe pèfòmans ak estabilite dimansyon menm apre ekspoze pwolonje a gaz nan yon seri tanperati laj. Du Pont te travay tou materyèl tankou GF, KF/PA, ak PPS (sulfid polifenilèn) pou fabrike konpozan pou avyon militè yo.
Si w pran katriyèm -jenerasyon F/A-22 avyon de gè a kòm egzanp, konpoze yo reprezante 24.2% nan materyèl estriktirèl li yo. Pami sa yo, konpoze thermosetting fè moute 23.8%, pandan y ap konpoze thermoplastic konstitye apeprè 0.4%. Anviwon 70% nan konpoze thermosetting yo baze sou résine bismaleimid (BMI), yo itilize pou pwodwi plis pase 200 kalite konpozan konplèks. Materyèl tèrmofichable ki rete yo se sitou konpoze ki baze sou résine epoksidik-, ak plis itilizasyon ester cyanate ak konpoze ki baze sou résine tèmoplastik-. Zòn aplikasyon kle yo enkli zèl, po mitan-fuselage, ankadreman, ak seksyon ke.
Rotorcraft militè yo itilize anpil konpoze tou. Pa egzanp, avyon tiltrotor V-22 Osprey itilize konpoze pou plis pase 40% mas estriktirèl li yo, ki gen ladan fuselage, zèl, ke, ak mekanis wotasyon, totalize plis pase 3,000 kg materyèl konpoze. Dènye elikoptè atak Ewopeyen an Eurocopter Tiger prezante materyèl konpoze nan 80% nan eleman estriktirèl li yo, tou pre yon avyon konplètman konpoze. Kontrèman, avyon transpò militè yo itilize mwens konpoze-C{-17 nan 8% ak C-130J nan jis 2%-menmsi transpò militè Airbus A400M la enkòpore yon zèl tout konpoze, ak konpoze ki reprezante 35% mas estriktirèl li lè vid.
Nan aviyasyon sivil, nan kòmansman ane 1980 yo, US-konstwi yon sèl-pilòt Star舟 avyon lejè te gen yon mas estriktirèl anviwon 1,800 kg, ak konpoze ki depase 1,200 kg. Avyon lejè Voyager 1986 la, ak plis pase 90% nan estrikti li yo ki fèt ak konpoze fib kabòn, te etabli yon rekò mondyal pou yon vòl san-nef-jou kontinyèl atravè lemond. Jodi a, rivalite ki genyen ant jeyan ayewospasyal Boeing ak Airbus te entansifye, ak yon konsantre kle sou ogmante itilizasyon materyèl konpoze (Figi 1-2).
Pou pwodwi premye tout-fuselage avyon 787 konpoze, Boeing te adopte yon metòd plasman fib ki sanble ak sa Raytheon te itilize. Pwosesis la te kreye yon eleman fuselage konpoze ki mezire 7 mèt nan longè ak 6 mèt nan lajè. Estrikti sa a te fabrike lè l sèvi avèk teknoloji Automatic Fibre Placement (AFP) sou yon mandrin wotasyon masiv. Mandrin an te pre-masinen ak siyon ki matche ak fòm ak dimansyon stringers fuselage yo ak longon yo. Yo te mete stringers ak travès prefòme (ki fèt ak kouch prepreg fib kabòn ak presyon -geri) nan siyon sa yo anvan likidasyon. Pandan pwodiksyon an, mandrin an vire sou aks li yo, sa ki pèmèt likidasyon fib kontinyèl sou mwazi an pou fòme koki fuselage a, ak ouvèti fenèt yo kite yo pa mete. Lè sa a, koki fuselage a, ansanm ak travès yo ak stringers yo, te geri nan otoklav-pou kreye yon seksyon monolitik fuselage konpoze, ki te pita demole kòm pwodwi final la.
Seksyon fuselage konpoze Boeing 787 la se pa sèlman pi gwo filaman -konpozan fuselage nan mond lan, men li rekonèt tou kòm pi gwo veso presyon fib kabòn ki janm pwodui. Fòs eksepsyonèl rupture materyèl konpoze an pèmèt li kenbe tèt ak presyon kabin ki pi wo, kenbe yon presyon entèn ekivalan a yon altitid 6,000 pye (1,830 mèt)-konpare ak tipik 7,000-9,000 pye nan avyon an konvansyonèl amelyore konfò. Anplis de sa, konpoze reziste korozyon (yon gwo feblès nan avyon metal), ki pèmèt imidite kabin rete estab nan 10-15% (kont 5-10% nan fuselages metal), plis amelyore konfò.
Anba enfliyans teknoloji konpoze k ap grandi, Airbus konplètman reamenaje A-350 la, li chanje non li A-350 XWB (Extra Wide Body). Avyon an te ogmante itilizasyon materyèl konpoze li soti nan orijinal 40% a 52%. Fuselage A-350 XWB a se 13 cm pi laj pase 787 a, sa ki pèmèt yon konfigirasyon 9-abreast syèj nan gwo dansite layouts (konpare ak maksimòm 787 a nan 8-abreast). Menm jan ak 787 la, A-350 XWB a pral kenbe presyon kabin nan yon altitid ekivalan a 6,000 pye.
Nan dat 14 jen 2013, Airbus te reyisi fè premye vòl nouvo avyon A350 XWB lajè-li a, sa ki te make yon lòt etap enpòtan nan endistri avyasyon mondyal la apre B-787 "Dreamliner" Boeing la. A350 XWB ak B-787 itilize 52% ak 50% materyèl konpoze, respektivman, ki vle di yon nouvo epòk nan devlopman konpoze ayewospasyal.
555-syèj A-380 a, pi gwo avyon nan mond lan, te reyalize gwo pwogrè nan istwa aviyasyon lè yo itilize anpil plastik fibre-kabòn ranfòse (CFRP). Materyèl konpoze yo konstitye 25% nan mas avyon an, ak 22% yo te CFRP ak 3% yo te GLARE fib-metal Plastifye (yon ibrid kouch nan aliminyòm ak konpoze fib vè), premye itilize lèt la nan avyon sivil. Konpozan CFRP yo enkli: fren vitès, estabilizasyon vètikal ak orizontal (double kòm tank gaz), asansè, elon, spoilers, pòt aterisaj, karen, bwat vètikal fin ke yo, travès anwo etaj kabin, bulkheads presyon dèyè, seksyon fuselage dèyè, estabilize orizontal, ak elon.
Apre itilizasyon pyonye A-340 a nan fib kabòn pou gwo bout bwa kil la ak klwazon presyon dèyè konpoze-kraze baryè konsepsyon tradisyonèl yo-A-380 la te defye plis nòm jeni yo lè li te adopte CFRP pou santral zèl bwat li yo (konekte zèl yo). Inovasyon sa a pou kont li redwi pwa pa 1.5 tòn metrik konpare ak alyaj aliminyòm avanse. Ekonomi pwa CFRP a, konbine avèk fatig ak rezistans korozyon, amelyore efikasite gaz pa 13% sou modèl konpetisyon ak emisyon redwi. A-380 a te vin premye avyon long-bwote ki te rive jwenn mwens pase 3 lit gaz pou chak pasaje pou chak 100 km, ak depans fonksyònman 15-20% pi ba pase avyon ki pi efikas nan tan li an.
Avyon biznis Falcon 7X Dassault Aviation, ki kapab kwazyè nan 12,000 mèt ak yon vitès maksimòm de Mach 0.8, akomode 8 pasaje ak gen anpil yon seri de 10,560 km (5,700 mil naval). Beechcraft Premier 1 jè limyè Raytheon a rive nan yon vitès krwazyèr 835 km/h ak yon ranje 2,759 km-tou de prezante avanse tout-fuselages.
Nouvo avyon transpò Japon an, ALELEX, tou enkòpore siyifikatif konpoze fib kabòn.
Lachin te tou anpil itilize materyèl konpoze nan konsepsyon ak pwodiksyon avyon. Pou egzanp, QY8911/HT3 bismaleimide unidirectionnel fib kabòn prepreg ak materyèl konpoze devlope ak manifaktire pa Beijing Aeronautical Faktori Teknoloji Research Institute yo te aplike nan eleman tankou seksyon nan fuselage pi devan, estabilizasyon ke vètikal, panno zèl deyò, spoilers, ak karen rasyonalize nan avyon. PEEK/AS4C résine thermoplastique unidirectionnel fib kabòn prepreg ak materyèl konpoze devlope pa Beijing Institute of Aeronautical Materials montre eksepsyonèl severite ka zo kase, rezistans dlo, rezistans aje, reta flanm dife, ak rezistans fatig. Apwopriye pou fabrike estrikti avyon prensipal chaj-pote, materyèl sa yo ka opere alontèm -a 120 degre epi yo te itilize nan po devan panno avyon aterisaj.
Avyon militè Chinwa "Flying Leopard," ki enkòpore siyifikatif eleman konpoze fib kabòn, gen yon longè jeneral apeprè 22.3 mèt, yon anvè zèl 12.7 mèt, yon pwa maksimòm dekolaj 28.4 tòn, yon maksimòm kapasite chaj ekstèn nan 6.5 tòn, yon vitès maksimòm de Mach 1.70, ak yon ranje Ferry alantou 3,60 kilomèt. Avèk kapasite konba ki depase avyon Jaguar, Tornado, ak Su-24, Flying Leopard la demontre karakteristik ki konsistan avèk avyon de gè twazyèm jenerasyon an.
2. Aplikasyon materyèl konpoze nan enfiltrasyon avyon
Nan dènye deseni ki sot pase yo, pwogrè siyifikatif te fè nan rechèch materyèl konpoze enfiltrasyon, ki ap evolye nan karakteristik "Mens, légèreté, bande (espèk) absòpsyon, ak fòs (rezistans enpak, segondè -rezistans tanperati)." Fib kabòn-ranfòse fib kabòn-materyèl ranfòse, men se pa sèlman materyèl estriktirèl {3} ki gen anpil fòs, men yo pa sèlman estriktirèl. fonksyon enfiltrasyon kritik. Pou egzanp, CF/PEEK oswa CF/PPS montre ekselan pèfòmans absòpsyon bande, efektivman absòbe vag rada. Etazini te pionnier itilize materyèl enfiltrasyon nan avyon, ak F-117 ak F-22 ki pi lou kouvwi. Kouch enfiltrasyon sou F-117 la te trè konplèks, enkòpore jiska sèt diferan materyèl.
Estrikti prensipal US F-22 supèrsonik avyon de gè itilize mwayen -modil fib kabòn-ranfòse espesyalite jeni plastik. Menm jan an tou, kouvèti parachit ralantisman avyon de gè Mirage III ak eleman chèz ekspilsyon yo fèt ak materyèl sa yo, ki te aplike avèk siksè nan pati ki absòbe rada-tankou zo kòt avyon, po, konektè, ak fixation. Boîtier Tomahawk misil kwazyè, substrate avyon an nan B-2 bonm enfiltrasyon, ak seksyon nan avyon enfiltrasyon F-117A tou anplwaye fib kabòn modifye polymère rada-absòbe materyèl.
An 2000, US Air Force te amelyore materyèl enfiltrasyon F{-117 la, ranplase orijinal sèt-kouch kouch ak yon sèl materyèl. Chanjman sa a estanda pwosedi antretyen ak materyèl ki absòbe rada-nan tout F-117 yo, sa ki redui espesifikasyon teknik yo apeprè 50%. Apre-upgrade, tan antretyen pou chak èdtan vòl pou F{-117 la te redui nan plis pase mwatye, ak depans antretyen anyèl pou tout 52 F{-117s soti nan 14.5milyon,6.9milyon. Kontrèman ak F-117 a, F-22 a evite kouch rada-absòbe tout kò men li aplike ferit rada-kouvwi absòbe nan tout konpozan metal entèn ak ekstèn. Kouch sa a se dirab, mete-rezistan, ak pi fasil pou aplike konpare ak sistèm F-117 la.
Ekspè yo predi ke nan ane 2030 yo, konpoze avanse tankou materyèl electrochromic polymère conducteurs, materyèl semi-conducteurs ibrid, nanocomposites, ak teknoloji entèlijan enfiltrasyon pral pratikman aplike nan avyon. Inovasyon sa yo ta ka fondamantalman transfòme sistèm avyonik ak metodoloji kontwòl avyon.
Sous:Materyèl konpoze avyasyon ak analiz mekanik yopa Haitao Cui ak Zhigang Sun (eds.)