Sem stendur hafa samsett efni orðið eitt af fjórum helstu efniskerfum samhliða málmefnum, fjölliðaefni og ólífrænum efnum sem ekki eru málm. Stig samsettra efnaiðnaðar þjóðarinnar hefur orðið lykilvísir um vísindalegan, tæknilegan og efnahagslegan styrk. Ítarleg samsett efni eru uppspretta samkeppnisforskots fyrir þjóðaröryggi og efnahag. Því er spáð að árið 2020 hafi aðeins samsett efni möguleika á að ná 20% –25% framförum.
1. Umsóknir í flugvélavirkjum
Ítarleg samsett efni eru notuð til að framleiða Primary álagsbyggingu og secondary álagsbyggingu, bjóða upp á stífni og styrk sem er sambærileg við eða fara yfir ál málmblöndur. Þessum efnum er nú mikið beitt við framleiðslu á skipulagi flugvéla og litlum ómannaðri loftbifreið (UAV) samþættum mannvirkjum. Bandaríkin hafa mikið tekið upp samsetningar í orrustuþotum og bardaga flugvélum. Á sjöunda áratugnum notuðu Bandaríkin fyrst kolefnis trefjarstyrkt plast (CFRP) í herflugvélum fyrir íhluti eins og skálahurðir, aðgangspjöld, mýkt og stjórnfleti (td. Snemma á níunda áratugnum voru samsetningar þróað í tail íhluta eins og lóðrétt og lárétta sveiflujöfnun (efri burðarvirkni), eins og sést í flugvélum eins og F -15, f -16, f -18, mirage 2000, og Mirage 4000. Á þessum áfanga, Composite Usage var áfram takmörkuð. Fjórða kynslóð bardagamenn eins og F -22 og F -35 JSF fóru að fella samsetningar í major álagsbyggingu eins og vængi og skrokk og flýta fyrir samþættingu samsetningar í herflugvélum. Notkun samsettra efna hefur haldið áfram að aukast (tafla 1-2), sem nú er gerð grein fyrir 20% –50% af byggingarmassanum í nútíma herflugvélum.
Breska fyrirtækið ICI notaði GF/PA (líklega glertrefja-styrkt pólýamíð) til að framleiða lokar fyrir bardagaflugvélar og tryggðu að þessir lokar haldi afköstum og víddar stöðugleika jafnvel eftir langvarandi útsetningu fyrir eldsneyti á breitt hitastigssvið. Du Pont notaði einnig efni eins og GF, KF/PA og PPS (pólýfenýlen súlfíð) til að framleiða íhluti fyrir herflugvélar.
Að taka fjórðu kynslóð f/a -22 bardagamaður sem dæmi, eru samsetningar 24,2% af burðarefni þess. Meðal þessara eru hitameðferð samsetningar 23,8%en hitauppstreymi samsetningar eru um það bil 0. 4%. Um það bil 70% af hitauppstreymissamsetningunum eru byggðar á bismaleimíð (BMI) plastefni, notað til að framleiða yfir 200 gerðir af flóknum íhlutum. Eftirstöðvar hitauppstreymisefna samanstanda fyrst og fremst af samsettum samsettum epoxý plastefni, með viðbótar notkun blásýru ester og hitauppstreymis plastefni sem byggir á samsetningum. Lykilumsóknarsvæði eru vængi, mið-ruselage skinn, rammar og halarhlutar.
Her Rotorcraft notar einnig ítarlega samsetningar. Sem dæmi má nefna að V -22 Osprey Tiltrotor flugvélar notar samsetningar fyrir yfir 40% af burðarmassa, þar með talið skrokk, vængi, hala og snúningsleiðir, samtals meira en 3, 000 kg af samsettum efnum. Nýjasta evrópska Eurocopter Tiger Attack þyrlan er með samsettum efnum í 80% af burðarhluta sínum, nálægt fullkomlega samsettu loftgrind. Aftur á móti nota herflutningaflugvélar færri samsetningar-c -17 við 8% og C -130 J við aðeins 2%-þó Airbus A400M herflutningurinn felur í sér allsherjar væng, með samsettum sem tákna 35% af byggingarmassa hans þegar hann er tómur.
Í almennum flugum var snemma á níunda áratugnum sem byggir stjörnu stjörnu 舟 Ljós flugvélar á níunda áratug síðustu aldar um 1.800 kg, með samsetningar yfir 1.200 kg. Voyager Light Aircraft frá 1986, með yfir 90% af uppbyggingu þess úr koltrefja samsettum, setti heimsmet fyrir stanslaust, níu daga stöðugt flug í heiminum. Í dag hefur samkeppni milli Aerospace Giants Boeing og Airbus aukist, með lykiláherslu á að auka samsettan efnisnotkun (mynd 1-2).
Til að framleiða fyrsta All-Composite 787 Aircraft Fuselage, notaði Boeing trefjar staðsetningaraðferð svipað og notuð var af Raytheon. Ferlið skapaði samsettan fuselage hluti sem mældist 7 metrar að lengd og 6 metrar á breidd. Þessi uppbygging var framleidd með því að nota automatic trefjar staðsetningu (AFP) Tækni á gríðarlegu snúningsdorgi. Mandrelið var fyrirfram með gróp sem passaði við lögun og víddir fuselage strengjanna og lengri tíma. Forformaðir strengir og geislar (gerðir úr kolefnistrefjum prepreg lögum og þrýstingsmeðferð) voru settir í þessar gróp áður en þeir vinda. Meðan á framleiðslu stóð snérist dandrel meðfram ásnum og leyfði stöðugri trefjar vinda á moldina að mynda fuselage skelina, með gluggaopum vinstri. Fuselage skelin, ásamt geislunum og strengjunum, var síðan autoclave-lækna til að búa til monolithic samsettan skrokkhluta, sem síðar var tekinn af sem lokaafurðin.
Samsettur fuselage hlutinn Boeing 787 er ekki aðeins stærsti þráðaþráðurinn í heiminum heldur einnig viðurkenndur sem stærsti kolefnisþrýstingsskip sem hefur verið framleitt. Óvenjulegur tog/styrkur samsettra efnisins gerir það kleift að standast hærri þrýsting í skála og viðhalda innri þrýstingi sem jafngildir hæð 6, 000 fætur (1.830 metrar) -compered við dæmigerða 7, {000-9, 000 fætur í hefðbundinni lofthöfðunarhyggju. Að auki standast samsetningar tæringu (meiriháttar veikleiki loftgrindar úr málmi), sem gerir rakastigi kleift að vera stöðugur við 10–15% (á móti 5–10% í málmskemmdum), sem eykur þægindi enn frekar.
Undir vaxandi áhrifum samsettrar tækni endurhannaði Airbus algjörlega A -350 og endurnefna það A -350 XWB (auka breiður líkami) . Flugvélin jók samsettan efnisnotkun sína frá upprunalegu 40% í 52% . A -350 fuselage XWB er 13 cm breiðari en 787, sem gerir A 9- fylgjandi sætisstillingu í háþéttni skipulagi (samanborið við hámark 787 af 8-. Eins og 787 mun A -350 XWB viðhalda þrýstingi í skála í hæð-jafngildum 6, 000 fótum.
Hinn 14. júní 2013, framkvæmdi Airbus meyjarflugið í nýju breiðu líkamanum A350 XWB flugvélum sínum og markaði annan áfanga í Global Aviation Industry í kjölfar Boeing's B -787 "Dreamliner." A350 XWB og B -787 nota 52% og 50% samsett efni, hver um sig, sem gefur til kynna nýtt tímabil í samsettu þróun geimferða.
555- sætið A -380, stærsta flugvél heims, náði byltingarkenndum feats í flugsögu með því að nota mikið karbon trefjarstyrkt plast (CFRP) . Samsett efni eru 25% af massa flugvélarinnar, þar sem 22% eru CFRP og 3% eru glare trefjarmálm lagskipt (lagskipt blendingur ál- og glertrefja samsetningar), fyrsta notkun þess síðarnefnda í borgaralegum flugvélum. CFRP íhlutir fela í sér: hraðbremsur, lóðréttir og láréttir sveiflujöfnun (tvöföldun sem eldsneytisgeymar), lyftur, ailerons, blakt spoilers, lendingarbúnaðarhurðir, fairings, lóðréttir halarkassar, efri skála gólf, aftanþrýstingslægðar, aftan fuselage hlutar, lárétta stöðugleika og loft.
Eftir A -340 var brautryðjandi notkun koltrefja fyrir kjölgeislann og samsettan þilþrýstingsþrýstingsbrjótandi hefðbundnar hönnunarhindranir-A -380 skoraði enn frekar á verkfræðistofu með því að taka CFRP fyrir central vængboxið sitt (tengir vængina við fuselage). Þessi nýsköpun eingöngu minnkaði þyngd um 1,5 tonn samanborið við háþróaða ál málmblöndur. Þyngdarsparnaður CFRP, ásamt þreytu og tæringarþol, bætti eldsneytisnýtni um 13% yfir samkeppnislíkön og minni losun. A -380 varð fyrsta langtímaflugvélin til að ná undu 3 lítra af eldsneyti á hvern farþega á hverja 100 km, með rekstrarkostnað 15–20% lægri en skilvirkustu flugvélar sínar.
Falcon 7x viðskiptaþota Dassault Aviation, fær um að sigla klukkan 12, 000 metra með hámarkshraða Mach 0. 8, rúmar 8 farþega og státar af 10.560 km (5.700 sjómílur). Raytheon, echcraft Premier 1 Light Jet, nær skemmtisiglingu 835 km/klst. Með á bilinu 2.759 km-BOT með háþróaðri al-samsettu truselages.
Nýjar flutningaflugvélar Japans, alelex, innihalda einnig umtalsverðar kolefnistrefjasamsetningar.
Kína hefur einnig mikið nýtt samsett efni í hönnun og framleiðslu flugvéla. Sem dæmi má nefna að QY8911/HT3 bismaleimide einátta kolefnistrefjar Prepreg og samsett efni þróað og framleitt af Aeronautical framleiðslutækni Rannsóknarstofnun Pekings eins og framsiglunarhlutanum, lóðréttri hala stöðugleika, ytri Wing -panel, spillta og straumlínuðu daili á lofti. Peek/AS4C hitauppstreymisplastefni óeðlilegt koltrefjar prepreg og samsett efni þróað af Peking Institute of Aeronautical Materials sýna framúrskarandi beinbrot, vatnsþol, öldrun viðnám, retardancy loga og þreytuþol. Hentar til að framleiða aðal burðarvirki flugvélar, þessi efni geta starfað til langs tíma við 120 gráðu og hafa verið notuð í framskinnum Aircraft Landing Gear Bay spjöldum.
Kínverska herflugvélin „Flying Leopard“, sem felur í sér verulegan kolefnistrefja samsetta íhluti, hefur heildarlengd um það bil 22,3 metra, vænghafs 12,7 metra, hámarks flugtaksþyngd, 28,4 tonn, hámarks ytri burðargeta 6,5 tonna, topphraði Mach 1,70 og ferjusvið um 3,600 kílómetra. Með bardagahæfileikum sem fara fram úr þeim Jaguar, Tornado og Su -24 flugvélum, sýnir Flying Leopard einkenni í samræmi við þriðju kynslóð bardagaþotur.
2. Notkun samsettra efna í laumuspil flugvélar
Undanfarna áratugi hefur orðið veruleg framfarir í rannsóknum á samsettum efnum, sem eru að þróast í átt að einkennum „þynnku, léttleika, breiðbands (litrófs) frásogs og styrkur (höggþol, háhitaþol).“ Kolefnistrefja-endurskoða samsetningarsamsetningar eru ekki aðeins léttar og hástyrkur uppbyggingarefnis heldur einnig með gagnrýna laumuspil. Til dæmis, CF/PEEK eða CF/PPS sýna framúrskarandi frásogsafköst breiðbandsins, taka á áhrifaríkan hátt ratsjárbylgjur. Bandaríkin voru brautryðjandi í notkun laumuspils í flugvélum, með f -117 og f -22 að vera mest húðuð. Laumuspilhúðin á F -117 var mjög flókin og innlimaði allt að seven mismunandi efni.
Aðalskipulag Bandaríkjanna f -22 Supersonic Fighter notar meðalstór kolefnistrefja-styrkt sérhæfða verkfræði. Að sama skapi eru mirage III bardagamaður fallhlífarhlífar og sæti í útkast úr slíkum efnum, sem hefur verið beitt á ratsorsogandi hluta eins og rifbein flugvélar, skinn, tengi og festingar. Tomahawk Cruise Missile hlífin, loftgrindin undirlag B -2 laumuspils sprengjuflugvélarinnar, og hlutar f -117 a laumuspil flugvélar nota einnig kolefnis trefjar breytt fjölliða radar-absorbing efni.
Í 2000 uppfærði bandaríski flugherinn F -117 laumuspilið og kom í stað upprunalegu sjö laga lagsins með einu efni. Þessi breyting staðlaða viðhaldsaðferðir og ratsjársogandi efni yfir öll F -117 s, sem dregur úr tækniforskriftum um það bil 50%. Eftir uppfærslu var viðhaldstími á flugtíma fyrir F -117 skorinn um meira en helming og árlegur viðhaldskostnaður fyrir alla 52 F -117 s lækkaði úr 14,5 milljónum, 6,9 milljónum . Ólíkt F -117 forðast F -22 ratsor-afgreiðslu húðun en á við ferrite radar-frásogandi húðun við alla innri og ytri málmíhluti. Þessi húðun er endingargóð, slitþolin og auðveldara að nota miðað við f -117}.
Sérfræðingar spá því að með 2030S 2030s 2030s , háþróuðum samsetningum eins og leiðandi fjölliða rafsjúkdómum , hybrid hálfleiðara efni , nanocomposites og Intelligent laumuspil tækni verður nánast útfært í flugvélum. Þessar nýjungar gætu í grundvallaratriðum umbreytt flugkerfi og aðferðafræði flugvéla.
Heimild:Flug samsett efni og vélræn greining þeirraeftir Haitao Cui og Zhigang Sun (ritstj.)