Verbundmaterialien in Flugzeugstruktur

Verbundwerkstoffe werden in der Luftfahrtindustrie häufig verwendet und haben es Ingenieuren ermöglicht, Hindernisse zu überwinden, die bei der individuellen Verwendung der Materialien bestanden. Die konstituierenden Materialien behalten ihre Identität in den Verbundstoffen bei und verschmelzen ansonsten nicht vollständig ineinander. Gemeinsam schaffen die Materialien ein "Hybrid" -Material mit verbesserten strukturellen Eigenschaften. Übliche Verbundmaterialien, die in Flugzeugen verwendet werden, umfassen Glasfaser-, Kohlefaser- und faserverstärkte Matrixsysteme oder eine beliebige Kombination von diesen.

Von all diesen Materialien ist Glasfaser das am weitesten verbreitete Verbundmaterial und wurde zuerst in den 1950er Jahren in Booten und Automobilen verbreitet eingesetzt.

Kompositmaterial macht seinen Weg in die Luftfahrt

Das Kompositmaterial gibt es nach Angaben des Luftfahrtbundesamtes seit dem Zweiten Weltkrieg. Im Laufe der Jahre ist diese einzigartige Materialmischung immer beliebter geworden und ist heute in vielen verschiedenen Flugzeugtypen und Segelflugzeugen zu finden. Flugzeugstrukturen bestehen üblicherweise aus 50 bis 70 Prozent Verbundwerkstoff.

Fiberglas wurde erstmals in den 1950er Jahren von Boeing im Passagierflugzeug in der Luftfahrt eingesetzt. Als Boeing 2012 seinen neuen 787 Dreamliner einführte, prahlte es, dass das Flugzeug 50 Prozent Verbundmaterial war. Neue Flugzeuge, die heute auf der Strecke sind, enthalten fast alle eine Art von Verbundmaterial in ihren Entwürfen.

Obwohl Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile in der Luftfahrtindustrie immer noch sehr häufig eingesetzt werden, geben einige an, dass diese Materialien auch ein Sicherheitsrisiko für die Luftfahrt darstellen.

Im Folgenden balancieren wir die Waage aus und wägen die Vor- und Nachteile dieses Materials ab.

Vorteile

Die Gewichtsreduzierung ist der größte Vorteil der Verwendung von Verbundwerkstoffen und der Schlüsselfaktor für die Verwendung in der Flugzeugstruktur. Faserverstärkte Matrixsysteme sind stärker als herkömmliches Aluminium in den meisten Flugzeugen und bieten eine glatte Oberfläche und erhöhen die Kraftstoffeffizienz, was ein großer Vorteil ist.

Auch Korrosionsmaterialien korrodieren nicht so leicht wie andere Arten von Strukturen. Sie brechen nicht durch Metallermüdung und halten sich in strukturellen Biegeumgebungen gut. Verbundkonstruktionen halten auch länger als Aluminium, was weniger Wartungs- und Reparaturkosten bedeutet.

Nachteile

Da Verbundwerkstoffe nicht leicht brechen, ist es schwer zu sagen, ob die innere Struktur überhaupt beschädigt wurde, und dies ist natürlich der größte Nachteil bei der Verwendung des Verbundmaterials. Im Gegensatz dazu ist es aufgrund von Aluminiumbiegungen und Dellen leicht, strukturelle Schäden zu erkennen. Zusätzlich können Reparaturen viel schwieriger sein, wenn eine Verbundoberfläche beschädigt wird, was letztendlich kostspielig wird.

Auch das bei Verbundwerkstoffen verwendete Harz schwächt bei Temperaturen von nur 150 Grad, was es für diese Flugzeuge wichtig macht, besondere Vorkehrungen zu treffen, um Brände zu vermeiden. Brände, die mit Verbundmaterialien verbunden sind, können giftige Dämpfe und Mikropartikel in die Luft abgeben, was Gesundheitsrisiken verursacht. Temperaturen über 300 Grad können zu strukturellen Fehlern führen.

Schließlich können Verbundwerkstoffe teuer sein, obwohl argumentiert werden kann, dass die hohen Anfangskosten typischerweise durch langfristige Kosteneinsparungen ausgeglichen werden.