Hozirgi vaqtda kompozit materiallar metall materiallar, polimer materiallar va noorganik{0}}metall bo'lmagan materiallar bilan bir qatorda to'rtta asosiy material tizimlaridan biriga aylandi. Mamlakatning kompozit materiallar sanoati darajasi uning ilmiy, texnologik va iqtisodiy qudratining asosiy ko'rsatkichiga aylandi. Murakkab kompozitsion materiallar milliy xavfsizlik va iqtisodiyot uchun raqobatdosh ustunlik manbai hisoblanadi. Prognozlarga ko'ra, 2020 yilga kelib, faqat kompozit materiallar 20% - 25% ishlashni yaxshilash imkoniyatiga ega bo'ladi.
1. Samolyot fuzelaj konstruksiyalarida qo'llanilishi
Murakkab kompozit materiallar alyuminiy qotishmalari bilan taqqoslanadigan yoki undan yuqori qattiqlik va mustahkamlikni taʼminlovchi{0}}asosiy yuk koʻtaruvchi konstruksiyalarni va ikkinchi darajali yuk koʻtaruvchi{1}}konstruksiyalarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Ushbu materiallar hozirda samolyotlarning fyuzelyaj konstruksiyalari va kichik uchuvchisiz uchish apparatlari (UAV) integratsiyalashgan konstruksiyalarini ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Amerika Qo'shma Shtatlari qiruvchi samolyotlar va jangovar samolyotlarda kompozitlarni keng qo'llagan. 1960-yillarda AQSh birinchi marta harbiy samolyotlarda kabina eshiklari, kirish panellari, yarmarkalar va boshqaruv yuzalari va past kangallar (masalan, rulmanlar) kabi komponentlar uchun "uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassalardan (CFRP)" foydalangan. Yuk ko'tarmaydigan-talablar-. 1980-yillarning boshlariga kelib, kompozitlar F-15, F-16, F-18, Mirage 2040 va Mirage 2040 kabi samolyotlarda koʻrinib turganidek, vertikal va gorizontal stabilizatorlar (ikkinchi darajali yuk koʻtaruvchi tuzilmalar) kabi dum qismlariga oʻtdi. 1980-yillarning oxiriga kelib, F-22 va F-35 JSF kabi toʻrtinchi avlod qiruvchi samolyotlari kompozitlarni qanotlar va fyuzelyajlar kabi asosiy yuk koʻtaruvchi tuzilmalarga qoʻshishni boshladilar, bu esa kompozitlarning harbiy samolyotlarga integratsiyalashuvini tezlashtirdi. Kompozit materiallardan foydalanish o'sishda davom etdi (1-2-jadval), hozirgi vaqtda zamonaviy harbiy samolyotlarda strukturaviy massaning 20% - 50% ni tashkil qiladi.
Britaniyaning ICI kompaniyasi qiruvchi samolyotlar uchun klapanlar ishlab chiqarishda GF/PA (ehtimol, shisha tolali{0}}moyalangan poliamid) dan foydalangan va bu klapanlar keng harorat oralig'ida yoqilg'iga uzoq vaqt ta'sir qilgandan keyin ham ishlash va o'lchov barqarorligini saqlab turishini ta'minlagan. Du Pont shuningdek, harbiy samolyotlar uchun butlovchi qismlarni ishlab chiqarish uchun GF, KF/PA va PPS (polifenilen sulfid) kabi materiallardan foydalangan.
Toʻrtinchi avlod F/A-22 qiruvchi samolyotini misol tariqasida oladigan boʻlsak, uning konstruktiv materiallarining 24,2 foizini kompozitlar tashkil qiladi. Ular orasida termoset kompozitlar 23,8% ni, termoplastik kompozitlar esa taxminan 0,4% ni tashkil qiladi. Termoset kompozitsiyalarining 70% ga yaqini bismaleimid (BMI) qatroniga asoslangan bo'lib, 200 dan ortiq turdagi murakkab komponentlarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Qolgan termosetlovchi materiallar asosan epoksi qatronlar{11}}asosidagi kompozitlardan iborat boʻlib, qoʻshimcha ravishda siyanat esteri va termoplastik qatronlar-asosidagi kompozitlar qoʻllaniladi. Asosiy qo'llash sohalariga qanotlar, o'rta fyuzelyaj terilari, ramkalar va quyruq qismlari kiradi.
Harbiy rotorli kemalar ham kompozitlardan keng foydalanadi. Masalan, V-22 Osprey tiltrotor samolyoti strukturaviy massasining 40% dan ortig'i uchun kompozitlardan foydalanadi, shu jumladan fyuzelyaj, qanotlar, dum va aylanish mexanizmlari, jami 3000 kg dan ortiq kompozit materiallar. Eng so'nggi Yevropa Eurocopter Tiger hujum vertolyoti o'zining tarkibiy qismlarining 80 foizida kompozit materiallardan iborat bo'lib, to'liq kompozit havo korpusiga yaqinlashadi. Aksincha, harbiy transport samolyotlari kamroq kompozitsionlardan-C-17 8% va C-130J atigi 2% foydalanadi, lekin Airbus A400M harbiy transporti boʻsh boʻlganida uning tarkibiy massasining 35% ni tashkil etuvchi kompozit qanotli kompozitsiyani oʻz ichiga oladi.
Fuqaro aviatsiyasida 1980-yillarning boshlarida AQSH{3}}yakka uchuvchi{11}}yozuvli Stary yengil samolyotlarining strukturaviy massasi taxminan 1800 kg, kompozitlari esa 1200 kg dan oshdi. 1986-yilda ishlab chiqarilgan Voyager yengil samolyoti strukturasining 90% dan ortigʻi uglerod tolali kompozitlardan iborat boʻlib,-toʻxtovsiz, toʻqqiz{13}}dunyo boʻylab-toʻxtovsiz parvoz qilish boʻyicha jahon rekordini oʻrnatdi. Bugungi kunda aerokosmik gigantlar Boeing va Airbus o'rtasidagi raqobat kuchaydi, asosiy e'tibor kompozitsion materiallardan foydalanishni ko'paytirishga qaratilgan (1-2-rasm).
Birinchi{0}}kompozit 787 samolyot fyuzelyajini ishlab chiqarish uchun Boeing Raytheon qo'llaganiga o'xshash tolalarni joylashtirish usulini qo'lladi. Jarayon uzunligi 7 metr va kengligi 6 metr bo'lgan kompozit fyuzelyaj komponentini yaratdi. Ushbu struktura katta aylanadigan mandrelda Automatic Fiber Placement (AFP) texnologiyasi yordamida ishlab chiqarilgan. Mandra,-fyuzelyaj stendlari va uzunroqlari shakli va o'lchamlariga mos keladigan yivlar bilan oldindan ishlov berilgan. O'rashdan oldin bu oluklarga oldindan tayyorlangan stringerlar va nurlar (uglerod tolasi prepreg qatlamlaridan qilingan va bosim-qo'yilgan) joylashtirilgan. Ishlab chiqarish jarayonida mandrel o'z o'qi bo'ylab aylanib, qolipga uzluksiz tolalar o'ralib, fyuzelaj qobig'ini hosil qilish imkonini berdi, deraza teshiklari qo'yilmagan. Fyuzelaj qobig‘i, nurlar va strelkalar bilan birga avtoklavda quritilgan-monolitik kompozit fuselaj bo‘lagini yaratish uchun, keyinchalik yakuniy mahsulot sifatida demontaj qilingan.
Boeing 787 ning kompozit korpus qismi nafaqat dunyodagi eng katta filamentli fuzelaj komponenti-, balki hozirgacha ishlab chiqarilgan eng katta uglerod tolali bosimli idish sifatida ham tan olingan. Kompozit materialning uzluksiz cho‘zilish/halqa mustahkamligi uning salondagi yuqori bosimga bardosh berishiga imkon beradi, bu esa odatdagi havo kemalarida qulay bo‘lgan havo kemasidagi odatiy 7000–9000 futga nisbatan 6000 fut (1830 metr){7}}ekvivalent ichki bosimni saqlab turishga imkon beradi. Bundan tashqari, kompozitlar korroziyaga (metall konstruksiyalarning asosiy zaif tomoni) qarshilik ko'rsatadi, bu kabina namligini 10–15% (metall korpuslarda 5–10%ga nisbatan) barqaror saqlashga imkon beradi va bu qulaylikni yanada oshiradi.
Kompozit texnologiyalarning kuchayib borayotgan ta'siri ostida Airbus A-350 ning dizaynini butunlay o'zgartirib, uni A-350 XWB (Ekstra keng korpus) deb o'zgartirdi. Samolyot kompozit materiallardan foydalanishni dastlabki 40% dan 52% gacha oshirdi. A-350 XWB fyuzelyaji 787-dan 13 sm kengroq bo'lib, yuqori zichlikdagi sxemalarda (787-ning maksimal 8-arqasida) o'tirish konfiguratsiyasini 9-qavatga qo'yish imkonini beradi. 787 singari, A-350 XWB kabinadagi bosimni 6000 fut ekvivalent balandlikda ushlab turadi.
2013-yil 14-iyun kuni Airbus o‘zining yangi keng korpusli{2}}A350 XWB samolyotining birinchi parvozini muvaffaqiyatli amalga oshirdi va bu Boeingning B-787 “Dreamliner” samolyotidan keyin jahon aviatsiya sanoatida yana bir muhim bosqichni belgiladi. A350 XWB va B-787 mos ravishda 52% va 50% kompozit materiallardan foydalanadi, bu esa aerokosmik kompozit rivojlanishida yangi davrni anglatadi.
555{2}}oʻrindiqli A-380, dunyodagi eng katta samolyot uglerod tolasi bilan mustahkamlangan plastmassadan (CFRP) keng foydalanish orqali aviatsiya tarixida ulkan yutuqlarga erishdi. Kompozit materiallar samolyot massasining 25% ni tashkil qiladi, 22% CFRP va 3% GLARE tola-metall laminat (alyuminiy va shisha tolali kompozitlarning qatlamli gibrididir), ikkinchisi fuqarolik samolyotlarida birinchi marta qo'llaniladi. CFRP komponentlariga quyidagilar kiradi: tezlik tormozlari, vertikal va gorizontal stabilizatorlar (yoqilg'i baklari sifatida ikki baravar), liftlar, aileronlar, qanotli spoylerlar, qo'nish tishli eshiklari, yarmarkalar, vertikal quyruq qutilari, yuqori idishni pol nurlari, orqa bosimli panellar, orqa fyuzelaj qismlari, gorizontal stabilizatorlar, gorizontal stabilizatorlar.
A-340-ning uglerod tolasidan an'anaviy dizayn to'siqlarini buzib,-burchak to'sig'i va kompozit orqa bosimli to'siqlar uchun ilg'or qo'llanishidan so'ng{10}}A-380 o'zining markaziy qanot qutisi uchun CFRPni qabul qilib, muhandislik me'yorlarini yanada qiyinlashtirdi. Faqatgina ushbu yangilik ilg'or alyuminiy qotishmalariga nisbatan og'irlikni 1,5 metrik tonnaga kamaytirdi. CFRP ning og'irligini tejash, charchoq va korroziyaga chidamlilik bilan birgalikda, raqobatdosh modellarga nisbatan yoqilg'i samaradorligini 13% ga oshirdi va chiqindilarni kamaytiradi. A-380 100 km ga har bir yo'lovchiga 3 litrdan kam yonilg'i sarflagan birinchi uzoq masofali samolyot bo'ldi, ekspluatatsiya xarajatlari o'z davrining eng samarali samolyotlaridan 15-20% past.
Dassault Aviation kompaniyasining Falcon 7X biznes-jeti, maksimal tezligi 0,8 Mach 12 000 metrga ucha oladi, 8 yo'lovchini sig'diradi va 10 560 km (5 700 dengiz mili) masofani bosib o'tadi. Raytheon kompaniyasining Beechcraft Premier 1 yengil reaktiv samolyoti 835 km/soat tezlikka erishadi va 2759 km masofani bosib o‘tadi.
Yaponiyaning yangi transport samolyoti ALELEX, shuningdek, muhim uglerod tolasi kompozitlarini o'z ichiga oladi.
Xitoy ham samolyotlarni loyihalash va ishlab chiqarishda kompozit materiallardan keng foydalandi. Misol uchun, QY8911 / HT3 bismaleimid bir yo'nalishli uglerod tolasi prepreg va Pekin Aeronavtika ishlab chiqarish texnologiyasi tadqiqot instituti tomonidan ishlab chiqilgan va ishlab chiqarilgan kompozit material oldinga fyuzelaj qismi, vertikal quyruq stabilizatori, tashqi qanot panellari, spoylerlar va soddalashtirilgan yarmarka kabi qismlarga qo'llanilgan. Pekin Aeronavtika Materiallar Instituti tomonidan ishlab chiqilgan PEEK/AS4C termoplastik qatronli bir tomonlama uglerod tolali prepreg va kompozit material ajoyib sinish chidamliligi, suvga chidamliligi, qarishga chidamliligi, olovga chidamliligi va charchoqqa chidamliligini namoyish etadi. Birlamchi yuk koʻtaruvchi{6}}samolyot konstruksiyalarini ishlab chiqarish uchun mos boʻlgan bu materiallar uzoq{7}}120 daraja haroratda ishlay oladi va samolyot qoʻnish moslamasining old panellarida qoʻllaniladi.
Muhim uglerod tolali kompozit qismlarni o'z ichiga olgan Xitoyning "Uchar Leopard" harbiy samolyotining umumiy uzunligi taxminan 22,3 metr, qanotlari kengligi 12,7 metr, maksimal uchish og'irligi 28,4 tonna, maksimal tashqi yuk ko'tarish quvvati 6,5 tonna, eng yuqori tezligi 1,70 metr va taxminan 63 kilometr. Jaguar, Tornado va Su-24 samolyotlarining jangovar qobiliyatlari bilan Flying Leopard uchinchi avlod qiruvchi samolyotlariga mos xususiyatlarni namoyish etadi.
2. Samolyot Stealthda kompozit materiallarni qo'llash
So'nggi o'n yilliklarda "noziklik, yengillik, keng polosali (spektral) yutilish va mustahkamlik (zarbga chidamlilik, yuqori{0}}haroratga chidamlilik)" xususiyatlariga qarab rivojlanayotgan yashirin kompozit materiallarni tadqiq qilishda sezilarli yutuqlarga erishildi. Shuningdek, muhim yashirin funksiyaga ega. Masalan, CF/PEEK yoki CF/PPS ajoyib keng polosali singdirish ko‘rsatkichlarini namoyish etib, radar to‘lqinlarini samarali singdiradi. Amerika Qo'shma Shtatlari samolyotlarda yashirin materiallardan foydalanishga kashshof bo'ldi, "F-117" va "F-22" eng qattiq qoplangan. F-117 ning yashirin qoplamasi juda murakkab bo'lib, ettitagacha turli materiallarni o'z ichiga olgan.
AQSH F-22 tovushdan tez qiruvchi ning asosiy tuzilishi oʻrta{4}}modulli uglerod tolasi- mustahkamlangan maxsus muhandislik plastmassalaridan foydalanadi. Xuddi shunday, Mirage III qiruvchi samolyotining sekinlashtiruvchi parashyut qopqog‘i va ejeksiyon o‘rindig‘i komponentlari ana shunday materiallardan tayyorlangan bo‘lib, ular havo kemalarining qovurg‘alari, jildlari, konnektorlari va mahkamlagichlari kabi radar{10}}yutuvchi qismlarga muvaffaqiyatli qo‘llanilgan. “Tomahawk” qanotli raketasi korpusi, “B-2 yashirin bombardimonchi”ning korpus asosi va “F-117A” yashirin samolyotining bo‘limlarida, shuningdek, uglerod tolasi bilan modifikatsiyalangan polimer radarni yutuvchi materiallar qo‘llaniladi.
2000 AQSH Harbiy havo kuchlari F-117-ning yashirin materiallarini yangiladi va asl etti{6}}qatlamli qoplamani bitta material bilan almashtirdi. Bu standartlashtirilgan texnik xizmat koʻrsatish tartib-qoidalarini va barcha F-117-larda materiallarni yutuvchi radar{10}}texnik xususiyatlarni taxminan 50% ga qisqartiradi. Yangilanishdan soʻng{21}}F{21}}117 uchun parvoz soatiga texnik xizmat koʻrsatish vaqti ikki baravarga qisqardi va barcha 52 F-117s uchun yillik texnik xizmat koʻrsatish xarajatlari 14,5 million,6,9 milliondan kamaydi. F-117 dan farqli o'laroq, F-22 to'liq tanani radarni yutuvchi qoplamalardan qochadi, lekin barcha ichki va tashqi metall qismlarga "ferrit radarni yutuvchi qoplamalarni" qo'llaydi. Ushbu qoplama F-117 tizimiga nisbatan bardoshli, aşınmaya bardoshli va qo'llanilishi osonroq.
Mutaxassislarning prognozlariga ko'ra, 2030-yillarga borib samolyotlarda o'tkazuvchan polimer elektroxrom materiallar, gibrid yarimo'tkazgichlar, nanokompozitlar va aqlli yashirin texnologiyalar kabi ilg'or kompozitlar amalda tatbiq etiladi. Ushbu innovatsiyalar avionika tizimlari va samolyotlarni boshqarish metodologiyasini tubdan o'zgartirishi mumkin.
Manba:Aviatsiya kompozit materiallari va ularning mexanik tahliliXaitao Cui va Zhigang Sun (Tahrirlar)