المواد المركبة في الفضاء

الوزن هو كل شيء عندما يتعلق الأمر بالآلات الأثقل من الهواء ، وسعى المصممون باستمرار لتحسين نسب الرفع إلى الوزن منذ أن أخذ الإنسان لأول مرة في الهواء. المواد المركبة لعبت دورًا رئيسيًا في إنقاص الوزن ، واليوم هناك ثلاثة أنواع رئيسية قيد الاستخدام: ألياف الكربون ، والزجاج ، والأيبوكسي المقوى بالأراميد ؛ هناك آخرون ، مثل البورون المقوى (نفسها مركب يتكون على قلب التنغستن).

منذ عام 1987 ، تضاعف استخدام المركبات في الفضاء كل خمس سنوات ، وتظهر المركبات الجديدة بانتظام.

المركبات هي متعددة الاستخدامات ، وتستخدم لكل من التطبيقات والمكونات الهيكلية ، في جميع الطائرات و المركبات الفضائية ، من جندول منطاد الهواء الساخن والطائرات الشراعية إلى طائرات الركاب والطائرات المقاتلة والفضاء خدمة النقل. وتتراوح التطبيقات من الطائرات الكاملة مثل Beech Starship إلى مجموعات الأجنحة ، وشفرات طائرات الهليكوبتر ، والمراوح ، والمقاعد ، ومرفقات الأدوات.

الأنواع لها خصائص ميكانيكية مختلفة وتستخدم في مناطق مختلفة من بناء الطائرات. ألياف الكربون ، على سبيل المثال ، لديها سلوك إرهاق فريد وهش ، كما اكتشف رولز رويس في الستينيات عندما فشل المحرك النفاث المبتكر RB211 مع شفرات ضاغط ألياف الكربون بشكل كارثي بسبب الطيور الضربات.

في حين أن جناح الألمنيوم له عمر معروف للتعب المعدني ، فإن ألياف الكربون أقل توقعًا بكثير (ولكن تتحسن بشكل كبير كل يوم) ، لكن البورون يعمل بشكل جيد (كما هو الحال في جناح التكتيكية المتقدمة مقاتل). ألياف الأراميد ("كيفلر" هي علامة تجارية معروفة مملوكة لشركة DuPont) تستخدم على نطاق واسع في شكل قرص العسل لبناء حاجز صلب وخفيف جدًا وخزانات وقود وأرضيات. كما أنها تستخدم في مكونات الأجنحة الرائدة والزائدة.

في برنامج تجريبي ، استخدمت بوينج 1500 بنجاح الأجزاء المركبة لتحل محل 11000 مكونات معدنية في طائرة هليكوبتر. إن استخدام المكونات المركبة بدلاً من المعدن كجزء من دورات الصيانة ينمو بسرعة في الطيران التجاري والترفيهي.

بشكل عام ، ألياف الكربون هي الألياف المركبة الأكثر استخدامًا في تطبيقات الفضاء.

لقد تطرقنا بالفعل لعدد قليل ، مثل توفير الوزن ، ولكن هنا قائمة كاملة:

• تخفيض الوزن - غالبًا ما يتم اقتباس المدخرات في نطاق 20 ٪ -50 ٪.
• من السهل تجميع المكونات المعقدة باستخدام آلات التشكيل الأوتوماتيكية وعمليات التشكيل الدوراني.
• تقدم الهياكل المقولبة أحادية القالب ("القشرة المفردة") قوة أعلى عند وزن أقل بكثير.
• يمكن تصميم الخواص الميكانيكية من خلال تصميم "التمدد" ، بسماكات مستدقة من قماش التسليح وتوجيه القماش.
• الاستقرار الحراري للمركبات يعني أنها لا تتوسع / تتقلص بشكل مفرط مع تغير درجة الحرارة (على سبيل المثال مدرج 90 درجة فهرنهايت إلى -67 درجة فهرنهايت عند 35000 قدم في غضون دقائق).
• مقاومة عالية للصدمات - دروع Kevlar (أراميد) الدروع أيضًا - على سبيل المثال ، تقليل الضرر العرضي لأبراج المحرك التي تحمل أدوات تحكم المحرك وخطوط الوقود.
• يعمل تحمل الضرر العالي على تحسين القدرة على تحمل الحوادث.
• مشاكل التآكل "الكلفاني" - الكهربائية - التي قد تحدث عندما يتم تجنب معادن متباينة (خاصة في البيئات البحرية الرطبة). (هنا تلعب الألياف الزجاجية غير الموصلة دورًا.)
• يتم التخلص من مشاكل التعب / التآكل المركب تقريبًا.

مع تكاليف الوقود المتزايدة و الضغط البيئي، يتعرض الطيران التجاري لضغط مستمر لتحسين الأداء ، وخفض الوزن هو عامل رئيسي في المعادلة.

بالإضافة إلى تكاليف التشغيل اليومية ، يمكن تبسيط برامج صيانة الطائرات من خلال تقليل عدد المكونات وتقليل التآكل. تضمن الطبيعة التنافسية لأعمال بناء الطائرات استكشاف أي فرصة لخفض تكاليف التشغيل واستغلالها حيثما أمكن ذلك.

المنافسة موجودة في الجيش أيضًا ، مع الضغط المستمر لزيادة الحمولة والنطاق ، وخصائص أداء الرحلة ، و "قابلية البقاء" ، ليس فقط للطائرات ولكن للصواريخ أيضًا.

تستمر التكنولوجيا المركبة في التقدم ، ومن المؤكد أن ظهور أنواع جديدة مثل أشكال البازلت والكربون النانوي سيسرع ويوسع الاستخدام المركب.

عندما يتعلق الأمر بالفضاء ، فإن المواد المركبة موجودة لتبقى.