вуглецевого волокна

Від лісів до 3D-лабораторій

Через трохи більше століття, літаки перетворилися з делікатних конструкцій з дерева, кабелю та тканин на високошвидкісні машини та найсучасніші технології, створені із складною сумішшю нових матеріалів. Ми здійснили екскурсію цим драматичним прогресом і побачили роль, яку Airbus зіграв у цій історії.

J1, перший цільнометалевий літак, розроблений інженером Хьюго Юнкерсом.

"Чи вміє літати метал?". У 1915 році, лише через дванадцять років після того, як брати Райт здійснили перший у світі політ із силою, це була найважливіша дискусія серед авіаційних експертів.

У той час ідея, що літак, повністю виготовлений з металу, здавався технічно та фінансово неможливим, тому літаки були побудовані з найлегших можливих матеріалів, таких як дерево та сталеві троси.

Однак німецький піонер Гюго Юнкерс бачив все по-іншому і зауважив, що майбутнє авіації - не лише за повітряними боями та змаганнями, але й за тим, що люди та товари можуть перевозитися у великих масштабах. Це вимагало б значних змін у способі побудови літаків. Його літак J-1 був революційним, оскільки він був першим, повністю виготовленим з металу, і першим, який був монопланом.

J1 називали Blechesel (металевий осел, німецькою мовою).

J1 ніколи не випускався масово і служив прикладом того, чого можна досягти, і бачення Юнкерса поставити авіапромисловість на шлях розробки матеріалів, які робили б літаки міцнішими, легкий, швидкий та ефективний.

Один з перших цивільних літаків, виготовлений з алюмінію, G24.

Airbus виявився одним з найуспішніших ранніх гравців у цій галузі завдяки впровадженню вертикального стабілізатора з вуглецевого волокна A310. Зменшив вагу більш ніж на 250 кілограмів і вперше застосував композити з вуглецевого волокна в комерційних літаках.

Натомість саме армований вуглецевим волокном пластик був би справді революційним для авіації. З точки зору міцності він був кращим за метали, а також був менш схильний до втоми та корозії.

Перехід до металу: 1920-1930

Юнкерс виявив, що сталь J1 був міцним і довговічним, але також важкий і складний в обробці. Тому він перейшов до алюмінію, який почав діяти як життєздатний виробничий матеріал на початку 20 століття. Це було ідеально для літаків, оскільки він важив третину сталі і був міцнішим.

Німець використовував його для розробки перших цивільних літаків, таких як F13 та G24. Робота Юнкерса привернула увагу Генрі Форда, який скопіював її (до такої міри, що Юнкерс подав до неї позов), щоб створити свою Ford Trimotor в 1925 році. Ці літаки відкрили еру далекої цивільної авіації, хоча лише на початку 1930-х років металеві літаки можна було будувати з меншими витратами та ефективніше.

Найбільш значущою моделлю цієї епохи було Дуглас DC-3, вийшов на ринок у 1935 році. Він був швидким, надійним, простим у обслуговуванні та зручним для пасажирів, і насправді сотні цієї родини літають і сьогодні; вони свідчать про те, наскільки міцною може бути металева площина.

Нові метали: повоєнна доба

Аерокосмічні інженери почали шукати рішення, окрім металу та алюмінію, оскільки швидкісні літаки стали все більш поширеними. Титан з'явився як матеріал, стійкий до корозії, втоми та високих температур, який також мав міцність. Однак це було рідко і дуже дорого.

Наприкінці 1950-х років промисловість почала використовувати титан у невеликих деталях двигунів та в секціях літальних апаратів, які піддавалися впливу високих температур, таких як обтічник та передній край крил. Однак стрімко зростаючі витрати та обмежені запаси титану обмежили використання цього екзотичного матеріалу.

A2350 Écureil прийняв склопластик для свого головного двигуна

Вуглецеве волокно злітає: 1970-1980

Склопластик був першим надлегким композитним матеріалом, який був використаний в літаках.

Його дебют відбувся в 1940 році, коли він був встановлений на обтічнику, носі та кабіні. Його також можна знайти на лопатях ротора різних вертольотів, таких як Bölkow Bo 105 та BK 117, так само, як він Газель SA 340 з 1960-х та 1970-х років.

У 1975 році головний ротор вертольота AS350 Écureuil він був виготовлений з композитного скловолокна, що значно зменшило кількість деталей, що використовуються для цієї конструкції. Однак жорсткість матеріалу призвела до того, що він мало використовувався в конструкціях інших транспортних літаків.

Тигр має особливість бути першим повністю складеним вертольотом в Європі.

Складений світ: з 1990 року по теперішній час

З тих пір композити з вуглецевого волокна стали більш розповсюдженими, а досягнення в технологіях виробництва дозволили виробляти більші та складніші деталі.

Цей матеріал широко використовується у вертольотах, оскільки в цій області вага дуже важлива, оскільки вертолітним двигунам доводиться піднімати всю вагу в повітрі. Ось чому деякі моделі, такі як Airbus Tiger, виготовляються з до 80 відсотків композитних матеріалів, тоді як NH90, введена в 2007 році, вона становить до 90 відсотків.

В районі літаків чверть міфічного A380 виготовляється з композитних матеріалів.

Сімейство широкофюзеляжних літаків A350 XWB Він також побудований з більш ніж 50 відсотків композитних матеріалів, що забезпечує чудове зниження споживання пального на 25 відсотків порівняно з алюмінієвими літаками.

Робота Airbus над побудовою крил з вуглецевого волокна для A400M, запущений в 2013 році, заклав основу для A350 XWB.

Однак метали не застаріли: A350 XWB все ще має деталі, виготовлені з металу та титану, і майже 20 відсотків виготовлені з алюмінієво-літієвого сплаву, що дозволяє використовувати найлегший у світі метал, літій, одночасно зменшуючи вагу алюмінію, одночасно покращуючи міцність, довговічність та стійкість до корозії.

Scalmalloy RP забезпечує надійні рішення для використання алюмінієвих сплавів.

Наступний розділ

Промисловість постійно досліджує та шукає розробку інноваційних матеріалів з бажанням створити літаки, які будуть швидшими, легшими та ефективнішими. У 2015 році Airbus оголосив про новий біонічний розділ, який на 45 відсотків легший за поточні конструкції. У ньому використовується Scalmalloy, новий тип сплаву, спеціально розроблений APWorks, дочірньою компанією Airbus, що спеціалізується на 3D-друці.

Також проводяться дослідження 4D-відбитків та цифрових матеріалів, які можуть змінювати форму самостійно, стикаючись із зовнішніми силами, такими як вода, рух та перепади температури. Ці матеріали можуть усунути потребу в механічних системах управління, і Airbus вже випробовує цю технологію для забору повітря. Хто знає, можливо, одного дня це може бути основою для побудови всієї кабіни.