Kompozicinės medžiagos kosminėje erdvėje

Svoris yra viskas, kai kalbama apie sunkesnes nei oras mašinas, o dizaineriai stengėsi pagerinti kėlimo ir svorio santykį nuo tada, kai žmogus pirmą kartą paleido į orą. Kompozicinės medžiagos atliko svarbų vaidmenį mažinant svorį, ir šiandien yra naudojami trys pagrindiniai tipai: anglies pluošto, stiklo ir aramidės armuota epoksidinė medžiaga.; yra ir kitų, tokių kaip armuotas boru (pats kompozitas, suformuotas ant volframo šerdies).

Nuo 1987 m. Kompozitų panaudojimas kosminėje erdvėje išaugo dvigubai kas penkerius metus ir reguliariai atsiranda naujų kompozitų.

Kompozitai yra universalūs, naudojami tiek struktūrinėms reikmėms, tiek komponentams visuose orlaiviuose ir erdvėlaivis, nuo karšto oro balionų gondolų ir sklandytuvų iki keleivinių lėktuvų, naikintuvų ir kosmoso Vėžėjas. Taikymo sritis gali būti nuo pilnų lėktuvų, tokių kaip „Buko žvaigždėlaivis“, iki sparnų mazgų, sraigtasparnio rotoriaus menčių, oro sraigtų, sėdynių ir prietaisų gaubtų.

Tipai turi skirtingas mechanines savybes ir yra naudojami skirtingose ​​orlaivių statybos srityse. Pavyzdžiui, anglies pluoštas pasižymi išskirtiniu nuovargio pojūčiu ir yra trapus, kaip 1960 m. Atrado „Rolls-Royce“ kai naujoviškas „RB211“ reaktyvinis variklis su anglies pluošto kompresoriaus mentėmis katastrofiškai sugedo dėl paukščio streikai.

Nors žinomas aliuminio sparno metalo nuovargio laikas, anglies pluoštas yra daug mažiau nuspėjamas (tačiau dramatiškai tobulėjant kiekvieną dieną), tačiau boras veikia gerai (pavyzdžiui, „Advanced Tactical“ sparne) Kovotojas). Aramidiniai pluoštai („Kevlar“ yra gerai žinomas prekės ženklas, priklausantis „DuPont“) plačiai naudojami korio lakštų pavidalu, kad būtų galima pastatyti labai tvirtas, labai lengvas pertvaras, degalų bakus ir grindis. Jie taip pat naudojami priekinių ir galinių sparnų komponentams.

Eksperimentinėje programoje „Boeing“ sėkmingai panaudojo 1 500 kompozicinės dalys pakeisti 11 000 metalinių komponentų sraigtasparnyje. Komercinių ir laisvalaikio aviacijoje sparčiai populiarėja kompozicinių komponentų panaudojimas vietoje metalo kaip techninės priežiūros ciklų dalis.

Apskritai anglies pluoštas yra plačiausiai naudojamas kompozitinis pluoštas aviacijos ir kosmoso pramonėje.

Mes jau palietėme keletą, pavyzdžiui, svorio taupymą, tačiau čia yra visas sąrašas:

• Svorio sumažinimas - dažnai nurodomos 20–50% santaupos.
• Nesudėtinga surinkti sudėtingus komponentus naudojant automatizuotas klojimo mašinas ir rotacinio liejimo procesus.
• Monokokinės („apvalkalo“) formos konstrukcijos suteikia didesnį stiprumą kur kas mažesnį svorį.
• Mechanines savybes galima pritaikyti pagal „išdėstymo“ dizainą, siaurėjant armatūrinio audinio storiui ir audinio orientacijai.
• Kompozitų šiluminis stabilumas reiškia, kad jie per mažai išsiplečia / nesitraukia dėl temperatūros pokyčių (pvz., 90 ° F nusileidimo takas per kelias minutes pasiekia –67 ° F esant 35 000 pėdų).
• Didelis atsparumas smūgiams - „Kevlar“ (aramidiniai) šarvai taip pat apsaugo lėktuvus - pavyzdžiui, sumažina variklio pilonų, kuriuose yra variklio valdikliai ir degalų tiekimo linijos, atsitiktinę žalą.
• Didelis atsparumas pažeidimams pagerina avarijų išgyvenamumą.
• „Galvaninės“ - elektrinės korozijos problemos, kurios galėtų kilti, kai liečiasi du skirtingi metalai (ypač drėgnoje jūrinėje aplinkoje), išvengiama. (Čia vaidmenį atlieka nelaidus stiklo pluoštas.)
• Derinio nuovargio / korozijos problemos praktiškai pašalintos.

Su nuolat didėjančiomis degalų sąnaudomis ir aplinkos lobizmas, komerciniam skraidymui daromas nuolatinis slėgis, kad pagerėtų jo našumas, o svorio mažinimas yra pagrindinis lygties veiksnys.

Be kasdienių eksploatavimo išlaidų, orlaivių techninės priežiūros programas galima supaprastinti sumažinant komponentų skaičių ir sumažinant koroziją. Konkurencinis orlaivių statybos verslo pobūdis užtikrina, kad būtų išnagrinėta ir pasinaudota bet kokia galimybe sumažinti eksploatavimo išlaidas.

Konkurencija egzistuoja ir kariuomenėje, nes nuolat reikia didinti naudingąją apkrovą ir nuotolį, skrydžio charakteristikas ir ne tik lėktuvų, bet ir raketų „išgyvenamumą“.

Kompozito technologija ir toliau tobulėja, o naujų tipų, tokių kaip bazalto ir anglies nanovamzdelių formos, atsiradimas neabejotinai paspartins ir išplės kompozicinių medžiagų naudojimą.

Kalbant apie kosminę erdvę, čia turi likti kompozicinės medžiagos.