Komposiittimateriaalit ilma-alustarakenteessa

Komposiittimateriaaleja käytetään laajalti lentokonealalla ja ne ovat sallineet insinöörien voittavan esteitä, jotka olivat minua käytettäessä materiaaleja erikseen. Ainesosat säilyttävät identiteettinsä komposiiteissa eivätkä muuten sulautu täysin toisiinsa. Yhdessä materiaalit luovat "hybridi" -materiaalin, jolla on paremmat rakenteelliset ominaisuudet. Lentokoneissa käytettäviä yhteisiä komposiittimateriaaleja ovat lasikuitu, hiilikuidut ja kuituvahvistetut matriisijärjestelmät tai mikä tahansa näiden yhdistelmä.

Kaikista näistä materiaaleista lasikuitu on yleisin komposiittimateriaali ja sitä käytettiin laajalti veneissä ja autoissa 1950-luvulla.

Komposiittimateriaali kulkeutuu ilmailuun

Federal Aviation Agencyin mukaan komposiittimateriaali on ollut jo toisen maailmansodan jälkeen. Vuosien mittaan tämä ainutlaatuinen materiaalimaailma on tullut yhä suosittu ja nykyään löytyy monista erilaisista lentokoneista sekä purjelentokoneista. Lentokoneiden rakenteet koostuvat tavallisesti 50-70 prosenttia komposiittimateriaalista.

Lasikuitua käytettiin ensimmäisen kerran Boeingin matkustaja-aluksissa 1950-luvulla. Kun Boeing avasi uuden 787 Dreamlinerin vuonna 2012, se iloitsi, että ilma oli 50 prosenttia komposiittimateriaalia. Nykyään lähes kaikki uudet ilma-alukset purjehtivat linjaan ja sisällyttävät jonkinlaisen komposiittimateriaalin malleihinsa.

Vaikka komposiitteja käytetään edelleen suurella taajuudella ilmailuteollisuudessa niiden lukuisten etujen vuoksi, jotkut sanovat, että nämä materiaalit aiheuttavat myös lentoturvallisuuden riskin.

Alla tasoitamme asteikot ja punnitsimme tämän materiaalin edut ja haitat.

Edut

Painonpudotus on suurin yksittäinen hyöty komposiittimateriaalin käytöstä ja se on avaintekijä sen käyttämisessä ilma-aluksissa. Kuituvahvisteiset matriisijärjestelmät ovat vahvempia kuin useimmilla lentokoneilla tavallinen alumiini, ja ne tarjoavat sileän pinnan ja lisäävät polttoainetehokkuutta, mikä on valtava hyöty.

Myös komposiittimateriaalit eivät syövy yhtä helposti kuin muut rakenteet. Ne eivät särkyä metallista väsymyksestä ja ne kestävät hyvin rakenteellisissa taipumisympäristöissä. Komposiittimallit kestävät myös pidempään kuin alumiini, mikä vähentää huolto- ja korjauskustannuksia.

Haitat

Koska komposiittimateriaalit eivät hajoa helposti, on vaikea kertoa, onko sisärakenne vaurioitunut ollenkaan, mikä tietenkin on kaikkein suurin haitta komposiittimateriaalin käytöstä. Sitä vastoin, koska alumiiniset taivut ja putket helposti, on helppo tunnistaa rakenteellisia vaurioita. Lisäksi korjaukset voivat olla paljon vaikeampia, kun komposiittipinta on vaurioitunut, mikä tulee lopulta kalliiksi.

Myös komposiittimateriaalissa käytetty hartsi heikentyy 150 asteen lämpötilassa, mikä tekee näille ilma-aluksille tärkeämmän varotoimenpiteiden välttämiseksi tulipalojen välttämiseksi. Komposiittimateriaalien aiheuttamat palot voivat vapauttaa myrkyllisiä höyryjä ja mikropartikkeleita ilmaan aiheuttaen terveysriskejä. Yli 300 asteen lämpötilat voivat aiheuttaa rakenteellisia vikoja.

Lopulta komposiittimateriaalit voivat olla kalliita, vaikka voidaan väittää, että korkeat alkukustannukset ovat tyypillisesti tasapainossa pitkän aikavälin kustannussäästöillä.