المواد المركبة في هيكل الطائرات

تستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في صناعة الطائرات وقد سمحت للمهندسين بالتغلب على العقبات التي واجهتني عند استخدام المواد بشكل فردي. تحتفظ المواد المكونة بهوياتها في المواد المركبة ولا تندمج تمامًا مع بعضها البعض. معا ، تخلق المواد مادة "هجينة" تحسن الخواص الهيكلية. تشتمل المواد المركبة الشائعة المستخدمة في الطائرات على أنظمة الألياف الزجاجية وألياف الكربون وأنظمة المصفوفة المقواة بالألياف أو أي مجموعة من هذه.

من بين كل هذه المواد ، تعد الألياف الزجاجية من أكثر المواد المركبة شيوعًا ، وكانت تستخدم لأول مرة على نطاق واسع في القوارب والسيارات في الخمسينيات.

المواد المركبة تشق طريقها نحو الطيران

وفقًا لوكالة الطيران الفيدرالية ، فإن المواد المركبة موجودة منذ الحرب العالمية الثانية. على مر السنين ، أصبح هذا المزيج الفريد من المواد أكثر شعبية ، ويمكن العثور عليه اليوم في العديد من أنواع الطائرات ، وكذلك الطائرات الشراعية.تتكون هياكل الطائرات عادة من 50 إلى 70 بالمائة من المواد المركبة.

تم استخدام الألياف الزجاجية لأول مرة في الطيران من قبل شركة بوينج في طائرة الركاب الخاصة بها في الخمسينيات. عندما طرحت شركة بوينغ 787 دريملاينر الجديدة في عام 2012 ، تفاخرت بأن الطائرة كانت عبارة عن مادة مركبة بنسبة 50 في المائة. الطائرات الجديدة التي تتدحرج عن الخطوط اليوم تدمج جميعها تقريباً نوعًا من المواد المركبة في تصاميمها.

على الرغم من استمرار استخدام المركبات ذات التردد العالي في صناعة الطيران بسبب مزاياها العديدة ، يقول البعض إن هذه المواد تشكل أيضًا خطرًا على السلامة بالنسبة للطيران. أدناه ، نحن نوازن بين المقاييس ونزن مزايا وعيوب هذه المواد.

مزايا

تخفيض الوزن هو أكبر ميزة فردية لاستخدام المواد المركبة وهو العامل الرئيسي في استخدامه في هيكل الطائرات. أنظمة المصفوفة المقواة بالألياف أقوى من الألمنيوم التقليدي الموجود في معظم الطائرات ، وهي توفر سطحًا أملسًا وتزيد من كفاءة استهلاك الوقود ، وهو ما يعد فائدة كبيرة.

أيضا ، لا تتآكل المواد المركبة بسهولة مثل الأنواع الأخرى من الهياكل. فهي لا تتصدع للتعب من المعادن وتلتصق جيدًا في بيئات الثناء الهيكلية. تستمر التصميمات المركبة أيضًا لفترة أطول من الألومنيوم ، مما يعني تكاليف صيانة وإصلاح أقل.

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 أهمية لاستخدام المواد المركبة. بالمقابل ، بسبب انحناءات الألمنيوم وخدوشها بسهولة ، من السهل جدًا اكتشاف الأضرار الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون الإصلاحات أكثر صعوبة عند تلف سطح مركب ، والذي يصبح في النهاية مكلفًا.

أيضا ، يضعف الراتنج المستخدم في المواد المركبة عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 150 درجة ، مما يجعل من المهم لهذه الطائرات أن تتخذ احتياطات إضافية لتجنب الحرائق. يمكن أن تؤدي الحرائق المتورطة في المواد المركبة إلى إطلاق أبخرة سامة وجزيئات دقيقة في الهواء ، مما يسبب مخاطر صحية. درجات الحرارة فوق 300 درجة يمكن أن يسبب فشل الهيكلية.

أخيرًا ، قد تكون المواد المركبة غالية الثمن ، على الرغم من أنه يمكن القول إن التكاليف الأولية المرتفعة يتم تعويضها عادةً عن طريق توفير التكلفة على المدى الطويل.