Vật liệu composite tiên tiến được phát triển để cải thiện các đặc tính vật lý và hóa học của các vật liệu hiện có. Vật liệu composite tiên tiến (ACMs) cần thiết trong chế tạo máy bay vì chúng nhẹ hơn, mạnh hơn so với các vật liệu truyền thống như nhôm và sợi thủy tinh.

Lợi ích của vật liệu composite:

Ngành hàng không vũ trụ và sự đam mê không ngừng của các nhà sản xuất trong việc nâng cao hiệu suất của máy bay thương mại và quân sự đã thúc đẩy phát triển các vật liệu cấu trúc hiệu suất cao cải tiến. Vật liệu composite là một trong những loại vật liệu quan trọng trong các thành phần hàng không vũ trụ hiện tại và tương lai. Vật liệu composite đặc biệt hấp dẫn đối với ứng dụng hàng không và vũ trụ nhờ tỷ lệ độ bền và độ cứng so với mật độ tuyệt vời và các đặc tính vật lý vượt trội.

Lịch sử sử dụng trong ngành hàng không:

Vật liệu composite trong hàng không xuất hiện khoảng 60 năm trước khi composite epoxy gia cố boron được sử dụng cho bề mặt của empennages của các máy bay chiến đấu F14 và F15 của Mỹ. Mặc dù chỉ chiếm 2% và được sử dụng trong các cấu trúc phụ, nhưng khi phát triển cải thiện, việc sử dụng nó trong các cấu trúc chính như thân máy bay và cánh đã tăng lên rộng rãi.

Ví dụ, Airbus A350 XWB (Extra Wide Body) là máy bay đầu tiên có các cấu trúc chính (cánh và thân máy bay) hoàn toàn được làm từ polymer gia cố sợi carbon. A350 bao gồm 53% composite, 19% Al/Al-Li, 14% titanium, 6% thép và 8% vật liệu khác.

Ưu điểm của việc sử dụng vật liệu composite:

Không chỉ cải thiện hiệu suất của máy bay (trọng lượng), mà còn quy trình bảo dưỡng và sửa chữa của nó. Nó được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu trong dịch vụ với các lợi ích như tăng cường khả năng chống va đập do dịch vụ mặt đất, quy trình đánh giá hư hại đơn giản hóa và các giải pháp sửa chữa đã được chứng minh.

- Hình dạng phức tạp: Composite có thể được hình thành thành các hình dạng phức tạp hơn so với các đối tác kim loại của chúng.

- Giảm trọng lượng: Composite giúp giảm trọng lượng tổng thể của máy bay.

- Khả năng chống ăn mòn: Composite có khả năng chống ăn mòn tốt hơn.

- Chống mỏi: Composite có khả năng chống mỏi tốt.

Máy bay ném bom tàng hình B2 yêu cầu một vật liệu hấp thụ radar được thêm vào bên ngoài máy bay với một hình phạt trọng lượng đi kèm. Do đó, vật liệu composite được sử dụng trong cấu trúc chính để bù đắp hình phạt này.

Cấu tạo của vật liệu composite:

Sức mạnh và độ cứng của một cấu trúc composite phụ thuộc vào trình tự định hướng của các lớp. Phạm vi thực tế của sức mạnh và độ cứng của sợi carbon trải dài từ các giá trị thấp như sợi thủy tinh đến các giá trị cao như titanium. Phạm vi giá trị này được xác định bởi hướng của các lớp đối với tải trọng áp dụng. Lựa chọn đúng hướng của lớp trong vật liệu composite tiên tiến là cần thiết để cung cấp một thiết kế cấu trúc hiệu quả.

Ví dụ, một phần có thể yêu cầu các lớp 0° để phản ứng với tải trọng trục, các lớp ±45° để phản ứng với tải trọng cắt, và các lớp 90° để phản ứng với tải trọng bên. Vì yêu cầu thiết kế độ bền là một chức năng của hướng tải áp dụng, hướng lớp và trình tự lớp phải chính xác. Điều này làm cho sợi carbon có tính chất gần như đẳng hướng.

Kết luận:

Vật liệu composite tiên tiến đang ngày càng trở nên quan trọng trong ngành hàng không, không chỉ vì chúng giúp giảm trọng lượng và tăng hiệu suất máy bay, mà còn vì chúng mang lại nhiều lợi ích khác như khả năng chống ăn mòn và mệt mỏi tốt hơn. Việc sử dụng vật liệu composite trong các cấu trúc chính của máy bay là một bước tiến lớn, giúp cải thiện hiệu suất tổng thể và giảm chi phí bảo dưỡng.