Gewicht is alles als het gaat om machines die zwaarder zijn dan lucht, en ontwerpers hebben er voortdurend naar gestreefd de verhouding tussen gewicht en gewicht te verbeteren sinds de mens voor het eerst de lucht in ging. Composiet materialen hebben een belangrijke rol gespeeld bij het verminderen van het gewicht en tegenwoordig zijn er drie hoofdtypen in gebruik: met koolstofvezel, glas en aramide versterkte epoxy.; er zijn andere, zoals met boor versterkt (zelf een composiet gevormd op een wolfraamkern).
Sinds 1987 is het gebruik van composieten in de lucht- en ruimtevaart elke vijf jaar verdubbeld en verschijnen er regelmatig nieuwe composieten.
Toepassingen
Composieten zijn veelzijdig, gebruikt voor zowel structurele toepassingen als componenten, in alle vliegtuigen en ruimtevaartuigen, van gondels en zweefvliegtuigen voor heteluchtballonnen tot passagiersvliegtuigen, gevechtsvliegtuigen en de ruimte Shuttle. Toepassingen variëren van complete vliegtuigen zoals het Beech Starship tot vleugelassemblages, helikopterrotorbladen, propellers, stoelen en instrumentbehuizingen.
De typen hebben verschillende mechanische eigenschappen en worden gebruikt in verschillende gebieden van de vliegtuigbouw. Koolstofvezel heeft bijvoorbeeld een uniek vermoeidheidsgedrag en is broos, zoals Rolls-Royce in de jaren zestig ontdekte toen de innovatieve RB211-straalmotor met koolstofvezel-compressormessen catastrofaal uitviel vanwege vogels stakingen.
Terwijl een aluminium vleugel een bekende levensduur van metaalmoeheid heeft, is koolstofvezel veel minder voorspelbaar (maar elke dag dramatisch verbeteren), maar boor werkt goed (zoals in de vleugel van de Advanced Tactical Vechter). Aramidevezels ('Kevlar' is een bekend merk van DuPont) worden veel gebruikt in de vorm van honingraatplaten om een zeer stijf, zeer licht schot, brandstoftanks en vloeren te bouwen. Ze worden ook gebruikt in vleugelcomponenten aan de voor- en achterkant.
In een experimenteel programma gebruikte Boeing met succes 1.500 composiet onderdelen om 11.000 metalen onderdelen in een helikopter te vervangen. Het gebruik van componenten op composietbasis in plaats van metaal als onderdeel van onderhoudscycli neemt snel toe in de commerciële en vrijetijdsluchtvaart.
Over het algemeen is koolstofvezel de meest gebruikte composietvezel in ruimtevaarttoepassingen.
Voordelen
We hebben er al een paar genoemd, zoals gewichtsbesparing, maar hier is een volledige lijst:
- Gewichtsvermindering - besparingen in het bereik van 20% -50% worden vaak genoemd.
- Het is eenvoudig om complexe componenten te monteren met behulp van geautomatiseerde layup-machines en rotatiegietprocessen.
- Monocoque ('single-shell') gegoten constructies leveren een hogere sterkte bij een veel lager gewicht.
- Mechanische eigenschappen kunnen worden aangepast door 'lay-up'-ontwerp, met tapse diktes van verstevigingsdoek en doekoriëntatie.
- Thermische stabiliteit van composieten betekent dat ze niet buitensporig uitzetten / samentrekken met een verandering in temperatuur (bijvoorbeeld een startbaan van 90 ° F naar -67 ° F op 35.000 voet in een kwestie van minuten).
- Hoge slagvastheid - Kevlar (aramide) bepantsering beschermt ook vliegtuigen - waardoor onbedoelde schade aan de motorpylonen die motorbedieningen en brandstofleidingen dragen, wordt verminderd.
- Hoge schadetolerantie verbetert de overlevingskansen van ongevallen.
- 'Galvanische' - elektrische - corrosieproblemen die zouden optreden wanneer twee verschillende metalen in contact komen (vooral in vochtige maritieme omgevingen) worden vermeden. (Hier speelt niet-geleidende glasvezel een rol.)
- Gecombineerde vermoeiings- / corrosieproblemen worden vrijwel geëlimineerd.
Toekomstblik
Met steeds hogere brandstofkosten en lobbyen bij het milieucommercieel vliegen staat onder voortdurende druk om de prestaties te verbeteren en gewichtsvermindering is een sleutelfactor in de vergelijking.
Naast de dagelijkse operationele kosten, kunnen de onderhoudsprogramma's voor vliegtuigen worden vereenvoudigd door het aantal componenten te verminderen en de corrosie te verminderen. Het concurrerende karakter van de vliegtuigbouw zorgt ervoor dat elke mogelijkheid om de exploitatiekosten te verlagen, wordt onderzocht en waar mogelijk wordt benut.
Er is ook concurrentie in het leger, met continue druk om het laadvermogen en het bereik, vluchtprestatiekenmerken en 'overlevingsvermogen' te vergroten, niet alleen van vliegtuigen maar ook van raketten.
De composiettechnologie blijft zich ontwikkelen en de komst van nieuwe typen zoals basalt- en koolstofnanobuisjes zal het composietgebruik zeker versnellen en uitbreiden.
Als het gaat om ruimtevaart, zijn composietmaterialen een blijvertje.