مزايا وعيوب المواد المركبة على الطائرات

مادة ألياف الكربون. جيتي / ستيف ألين

تستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في صناعة الطائرات ، وقد سمحت للمهندسين بالتغلب على العقبات التي كانت معي عند استخدام المواد بشكل فردي. تحتفظ المواد المكونة لهوياتهم في المواد المركبة ولا تندمج بشكل كامل في بعضها البعض. معًا ، تخلق المواد مادة "هجينة" تحسِّن خصائصها الهيكلية. المواد المركبة الشائعة المستخدمة في الطائرات تشمل الألياف الزجاجية ، ألياف الكربون ، وأنظمة مصفوفة مقواة بالألياف أو أي مزيج من أي من هذه.

من بين جميع هذه المواد ، تعتبر الألياف الزجاجية أكثر المواد المركبة شيوعًا ، وقد استخدمت على نطاق واسع في القوارب والسيارات في الخمسينيات من القرن العشرين.

المواد المركبة تجعل طريقها إلى الطيران

وفقًا لوكالة الطيران الفيدرالية ، فإن المادة المركبة كانت موجودة منذ الحرب العالمية الثانية. على مر السنين ، أصبح هذا المزيج الفريد من المواد أكثر شعبية ، واليوم يمكن العثور عليه في العديد من أنواع الطائرات المختلفة ، وكذلك الطائرات الشراعية. عادة ما تتكون هياكل الطائرات من مواد مركبة بنسبة 50 إلى 70 في المائة.

استخدم الفايبرجلاس لأول مرة في مجال الطيران من قبل شركة بوينغ في طائرة الركاب في خمسينيات القرن العشرين. عندما طرحت شركة بوينغ طائرة 787 دريملاينر الجديدة في عام 2012 ، تفاخرت بأن الطائرة كانت تحتوي على 50٪ من المواد المركبة. الطائرات الجديدة تنطلق من الخط اليوم تقريبا جميع دمج نوع من المواد المركبة في تصاميمها.

على الرغم من استمرار استخدام المركبات مع وتيرة كبيرة في صناعة الطيران نظرا لمزاياها العديدة ، يقول البعض أن هذه المواد تشكل أيضا خطرا على سلامة الطيران.

أدناه ، نقوم بموازنة المقاييس ونقيم مزايا هذه المواد وعيوبها.

مزايا

إن تخفيض الوزن هو الميزة الأكبر الوحيدة لاستخدام المواد المركبة وهو العامل الرئيسي في استخدامها في هيكل الطائرات . أنظمة المصفوفة المقواة بالألياف أقوى من الألومنيوم التقليدي الموجود في معظم الطائرات ، وهي توفر سطحًا أملسًا وتزيد من كفاءة استهلاك الوقود ، وهي ميزة كبيرة.

أيضا ، لا تتآكل المواد المركبة بسهولة مثل أنواع الهياكل الأخرى. انهم لا ينفصلون عن التعب المعدني وهم يحملون بشكل جيد في بيئات الثني الهيكلي. كما تستمر التصاميم المركبة لفترة أطول من الألمنيوم ، مما يعني تقليل تكاليف الصيانة والإصلاح.

سلبيات

نظرًا لأن المواد المركبة لا تنكسر بسهولة ، فإن ذلك يجعل من الصعب معرفة ما إذا كان الهيكل الداخلي قد تعرض للتلف على الإطلاق ، وهذا بطبيعة الحال هو العيب الوحيد الأكثر استخدامًا لاستخدام المادة المركبة. في المقابل ، بسبب انحناءات الألمنيوم والخدوش بسهولة ، من السهل جداً الكشف عن الأضرار الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون الإصلاحات أكثر صعوبة عندما يتلف سطح مركب ، الأمر الذي يصبح مكلفًا في نهاية المطاف.

أيضا ، يضعف الراتنج المستخدم في المواد المركبة في درجات حرارة منخفضة تصل إلى 150 درجة ، مما يجعل من المهم لهذه الطائرات اتخاذ احتياطات إضافية لتجنب الحرائق. يمكن للحرائق ذات الصلة بالمواد المركبة أن تطلق أدخنة سامة وجسيمات دقيقة في الهواء ، مما يتسبب في مخاطر صحية. درجات الحرارة فوق 300 درجة يمكن أن تسبب الفشل الهيكلي.

أخيراً ، يمكن أن تكون المواد المركبة باهظة الثمن ، على الرغم من أنه يمكن القول إن التكاليف الأولية المرتفعة عادة ما يتم تعويضها من خلال توفير التكاليف على المدى الطويل.