Vật liệu tổng hợp trong cấu trúc máy bay

Vật liệu composite được sử dụng rộng rãi trong ngành Máy bay và đã cho phép các kỹ sư vượt qua những trở ngại là tôi khi sử dụng vật liệu riêng lẻ. Các vật liệu cấu thành giữ bản sắc của chúng trong vật liệu tổng hợp và không kết hợp hoàn toàn với nhau. Cùng nhau, các vật liệu tạo ra một vật liệu 'lai' đã cải thiện các đặc tính cấu trúc. Các vật liệu composite phổ biến được sử dụng trên máy bay bao gồm sợi thủy tinh, sợi carbon và hệ thống ma trận được gia cố bằng sợi hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của chúng.

Trong số tất cả các vật liệu này, sợi thủy tinh là vật liệu composite phổ biến nhất và lần đầu tiên được sử dụng rộng rãi trên thuyền và ô tô vào những năm 1950.

Vật liệu tổng hợp thực hiện theo cách của mình vào hàng không

Theo Cơ quan Hàng không Liên bang, vật liệu tổng hợp đã có từ thời Thế chiến II. Qua nhiều năm, sự pha trộn độc đáo của vật liệu này đã trở nên phổ biến hơn bao giờ hết, và ngày nay có thể được tìm thấy trong nhiều loại máy bay khác nhau, cũng như tàu lượn.Cấu trúc máy bay thường được tạo thành từ 50 đến 70 phần trăm vật liệu composite.

Sợi thủy tinh lần đầu tiên được sử dụng trong hàng không bởi Boeing trong máy bay chở khách vào những năm 1950. Khi Boeing tung ra chiếc 787 Dreamliner mới vào năm 2012, hãng đã khoe rằng chiếc máy bay này là vật liệu composite 50%. Máy bay mới ra mắt ngày nay hầu như tất cả đều kết hợp một số loại vật liệu tổng hợp vào thiết kế của họ.

Mặc dù vật liệu tổng hợp tiếp tục được sử dụng với tần suất lớn trong ngành hàng không do nhiều ưu điểm của chúng, một số người nói rằng những vật liệu này cũng gây rủi ro an toàn cho ngành hàng không. Dưới đây, chúng tôi cân bằng các thang đo và cân nhắc những lợi thế và bất lợi của vật liệu này.

Ưu điểm

Giảm trọng lượng là lợi thế lớn nhất của việc sử dụng vật liệu composite và là yếu tố chính trong việc sử dụng nó trong cấu trúc máy bay. Hệ thống ma trận được gia cố bằng sợi mạnh hơn nhôm truyền thống được tìm thấy trên hầu hết các máy bay, và chúng cung cấp bề mặt mịn và tăng hiệu quả nhiên liệu, đó là một lợi ích rất lớn.

Ngoài ra, vật liệu composite không ăn mòn dễ dàng như các loại cấu trúc khác. Chúng không bị nứt do mỏi kim loại và chúng giữ tốt trong môi trường uốn cong cấu trúc. Thiết kế composite cũng tồn tại lâu hơn nhôm, có nghĩa là chi phí bảo trì và sửa chữa ít hơn.

Nhược điểm

Bởi vì vật liệu composite không dễ bị phá vỡ, điều đó làm cho khó có thể biết được cấu trúc bên trong có bị hư hại hay không và điều này, tất nhiên, là nhược điểm duy nhất liên quan đến việc sử dụng vật liệu composite. Ngược lại, do uốn cong và lõm nhôm dễ dàng, nên khá dễ dàng để phát hiện thiệt hại cấu trúc. Ngoài ra, việc sửa chữa có thể khó khăn hơn nhiều khi bề mặt composite bị hỏng, cuối cùng trở nên tốn kém.

Ngoài ra, nhựa được sử dụng trong vật liệu composite làm suy yếu ở nhiệt độ thấp tới 150 độ, điều quan trọng đối với các máy bay này là phải có biện pháp phòng ngừa bổ sung để tránh hỏa hoạn. Các đám cháy liên quan đến vật liệu composite có thể giải phóng khói độc và các hạt vi mô vào không khí, gây nguy cơ cho sức khỏe. Nhiệt độ trên 300 độ có thể gây ra lỗi cấu trúc.

Cuối cùng, vật liệu composite có thể đắt tiền, mặc dù có thể lập luận rằng chi phí ban đầu cao thường được bù đắp bằng tiết kiệm chi phí dài hạn.