O peso é tudo quando se trata de máquinas mais pesadas que o ar, e os projetistas têm se esforçado continuamente para melhorar as proporções de elevação para peso desde que o homem foi ao ar pela primeira vez. Materiais compósitos desempenharam um papel importante na redução de peso e hoje existem três tipos principais de uso: epóxi reforçado com fibra de carbono, vidro e aramida.; existem outros, como o reforçado com boro (um composto formado em um núcleo de tungstênio).
Desde 1987, o uso de compósitos no setor aeroespacial dobrou a cada cinco anos, e novos compósitos aparecem regularmente.
Usos
Os compósitos são versáteis, utilizados para aplicações estruturais e componentes, em todas as aeronaves e naves espaciais, de gôndolas e planadores de balão de ar quente a aviões de passageiros, aviões de combate e o espaço Transporte. As aplicações variam de aviões completos, como a Nave Estelar, a conjuntos de asas, pás de rotores de helicópteros, hélices, assentos e caixas de instrumentos.
Os tipos têm propriedades mecânicas diferentes e são usados em diferentes áreas da construção de aeronaves. A fibra de carbono, por exemplo, tem um comportamento único à fadiga e é quebradiça, como a Rolls-Royce descobriu na década de 1960 quando o inovador motor a jato RB211 com pás de compressor de fibra de carbono falhou catastroficamente devido a greves.
Enquanto uma asa de alumínio tem uma vida útil conhecida por fadiga de metal, a fibra de carbono é muito menos previsível (mas melhorando drasticamente a cada dia), mas o boro funciona bem (como na ala do Advanced Tactical Lutador). As fibras de aramida ('Kevlar' é uma marca proprietária bem conhecida da DuPont) são amplamente usadas na forma de folhas de favo de mel para construir anteparas, tanques de combustível e pisos muito rígidos e leves. Eles também são usados em componentes de asa dianteira e traseira.
Em um programa experimental, a Boeing usou com sucesso 1.500 peças compostas para substituir 11.000 componentes metálicos em um helicóptero. O uso de componentes baseados em compósitos no lugar do metal como parte dos ciclos de manutenção está crescendo rapidamente na aviação comercial e de lazer.
No geral, a fibra de carbono é a fibra composta mais amplamente utilizada em aplicações aeroespaciais.
Vantagens
Já abordamos alguns, como economia de peso, mas aqui está uma lista completa:
- Redução de peso - as economias na faixa de 20% a 50% são frequentemente citadas.
- É fácil montar componentes complexos usando máquinas de disposição automatizada e processos de moldagem rotacional.
- Estruturas moldadas monocoque ('single-shell') proporcionam maior resistência com um peso muito menor.
- As propriedades mecânicas podem ser adaptadas pelo design de "lay-up", com espessuras cônicas de tecido de reforço e orientação do mesmo.
- Estabilidade térmica de compósitos significa que eles não se expandem / contraem excessivamente com uma mudança de temperatura (por exemplo, uma pista de 90 ° F a -67 ° F a 35.000 pés em questão de minutos).
- Alta resistência ao impacto - a armadura de Kevlar (aramida) também protege os aviões - por exemplo, reduzindo os danos acidentais nos pilares do motor que controlam o motor e as linhas de combustível.
- Alta tolerância a danos melhora a capacidade de sobrevivência de acidentes.
- Problemas "galvânicos" - de corrosão elétrica que ocorreriam quando dois metais diferentes estivessem em contato (principalmente em ambientes marinhos úmidos). (Aqui a fibra de vidro não condutora desempenha um papel).
- Os problemas combinados de fadiga / corrosão são praticamente eliminados.
Perspectiva futura
Com os crescentes custos de combustível e lobby ambiental, o vôo comercial está sob pressão constante para melhorar o desempenho e a redução de peso é um fator-chave na equação.
Além dos custos operacionais diários, os programas de manutenção de aeronaves podem ser simplificados pela redução na contagem de componentes e na corrosão. A natureza competitiva do negócio de construção de aeronaves garante que qualquer oportunidade de redução de custos operacionais seja explorada e explorada sempre que possível.
Também existe concorrência nas forças armadas, com pressão contínua para aumentar a carga útil e o alcance, as características de desempenho de vôo e a 'capacidade de sobrevivência', não apenas de aviões, mas também de mísseis.
A tecnologia de compósitos continua a avançar, e o advento de novos tipos, como formas de basalto e nanotubos de carbono, certamente acelerará e estenderá o uso de compósitos.
Quando se trata de aeroespacial, os materiais compostos estão aqui para ficar.