Saat ini, bahan gabungan telah menjadi salah satu dari empat sistem material utama di samping bahan logam, bahan polimer, dan bahan non-logam anorganik. Tingkat industri bahan komposit suatu negara telah menjadi indikator utama kekuatan ilmiah, teknologi, dan ekonominya. Bahan komposit canggih adalah sumber keunggulan kompetitif bagi keamanan nasional dan ekonomi. Diperkirakan bahwa pada tahun 2020, hanya bahan komposit yang akan memiliki potensi untuk mencapai peningkatan kinerja 20% -25%.
1. Aplikasi dalam struktur badan pesawat pesawat terbang
Bahan komposit canggih digunakan untuk memproduksi struktur pembawa beban primer dan struktur penahan beban , menawarkan kekakuan dan kekuatan yang sebanding dengan atau melebihi yang dari paduan aluminium. Bahan -bahan ini sekarang banyak diterapkan dalam pembuatan struktur pesawat pesawat terbang dan struktur terintegrasi kendaraan udara tak berawak (UAV). Amerika Serikat telah secara luas mengadopsi komposit dalam jet tempur dan pesawat tempur. Pada tahun 1960-an, AS pertama-tama menggunakan plastik yang diperkuat serat (CFRP) AS di pesawat militer untuk komponen seperti pintu kabin, panel akses, dan persyaratan pengendalian (EG, aileron dan rudder) dengan low oring, dan non-oring (EG, aileron dan rudder) dengan non-non-non-oring (non-non-oring (EG, Aileron dan rudder) dengan non-non-non-oring. Pada awal 1980-an, komposit maju ke tail komponen seperti stabilisator vertikal dan horizontal (struktur penahan beban sekunder), seperti yang terlihat pada pesawat seperti f -15, f {9}, f {{10}, Mirage 2000, dan Mirage 4000. Pejuang generasi keempat seperti f -22 dan f -35 JSF mulai memasukkan komposit ke dalam struktur penahan beban mayor seperti sayap dan pesawat, mempercepat integrasi komposit ke dalam pesawat militer. Penggunaan bahan komposit terus meningkat (Tabel 1-2), sekarang menyumbang 20% –50% dari massa struktural di pesawat militer modern.
Perusahaan Inggris ICI menggunakan GF/PA (kemungkinan poliamida yang diperkuat serat gelas) untuk menghasilkan katup untuk pesawat tempur, memastikan bahwa katup ini mempertahankan kinerja dan stabilitas dimensi bahkan setelah paparan bahan bakar yang berkepanjangan di seluruh kisaran suhu yang luas. Du Pont juga menggunakan bahan -bahan seperti GF, KF/PA, dan PPS (polifenilen sulfida) untuk memproduksi komponen untuk pesawat militer.
Mengambil figh-generasi keempat f/a -22 petarung sebagai contoh, komposit menyumbang 24,2% dari bahan strukturalnya. Di antaranya, komposit termoseting membentuk 23,8%, sedangkan komposit termoplastik merupakan sekitar 0. 4%. Sekitar 70% dari komposit termoseting didasarkan pada resin Bismaleimide (BMI), yang digunakan untuk menghasilkan lebih dari 200 jenis komponen kompleks. Bahan termoseting yang tersisa terutama terdiri dari komposit berbasis resin epoksi, dengan penggunaan tambahan ester sianat dan komposit berbasis resin termoplastik. Area aplikasi utama termasuk sayap, kulit fuselage, bingkai, dan bagian ekor.
Rotorcraft militer juga secara luas memanfaatkan komposit. Misalnya, pesawat v -22 osprey menggunakan komposit untuk lebih dari 40% dari massa strukturalnya, termasuk badan pesawat, sayap, ekor, dan mekanisme rotasi, dengan total lebih dari 3, {000 kg bahan gabungan. Helikopter serangan Tiger Eurocopter Eropa terbaru memiliki bahan komposit dalam 80% komponen strukturalnya, mendekati badan pesawat yang sepenuhnya komposit. Sebaliknya, pesawat transportasi militer menggunakan lebih sedikit komposit-c -17 pada 8% dan c -130 J hanya 2%-meskipun transportasi militer Airbus A400M menggabungkan sayap semua komposit, dengan komposit mewakili 35% dari massa strukturalnya ketika kosong.
Dalam penerbangan sipil, awal 1980-an bintang pilot tunggal buatan AS 舟 pesawat ringan memiliki massa struktural sekitar 1.800 kg, dengan komposit melebihi 1.200 kg. Pesawat Light Voyager 1986, dengan lebih dari 90% strukturnya terbuat dari komposit serat karbon, mencetak rekor dunia untuk penerbangan tanpa henti, sembilan hari terus menerus di seluruh dunia. Saat ini, persaingan antara raksasa aerospace Boeing dan Airbus telah meningkat, dengan fokus utama pada peningkatan penggunaan bahan komposit (Gambar 1-2).
Untuk memproduksi badan pesawat 787 all-composite pertama, Boeing mengadopsi metode penempatan serat yang mirip dengan yang digunakan oleh Raytheon. Proses ini menciptakan komponen badan pesawat komposit yang berukuran panjang 7 meter dan lebar 6 meter. Struktur ini diproduksi dengan menggunakan Outomatic Fiber Placement (AFP) Teknologi pada mandrel berputar besar -besaran. Mandrel itu pra-mesin dengan alur yang cocok dengan bentuk dan dimensi stringer pesawat dan lebih lama. Stringer dan balok yang telah dibentuk sebelumnya (terbuat dari lapisan prepreg serat karbon dan tekanan yang disembuhkan) ditempatkan ke dalam alur ini sebelum berliku. Selama produksi, mandrel diputar di sepanjang porosnya, memungkinkan serat terus menerus berliku ke cetakan untuk membentuk cangkang badan pesawat, dengan bukaan jendela dibiarkan dibayar. Cangkang badan pesawat, bersama dengan balok dan senar, kemudian disembuhkan secara otomatis untuk membuat bagian badan pesawat komposit monolitik, yang kemudian diturunkan sebagai produk akhir.
Bagian pesawat komposit Boeing 787 bukan hanya komponen badan pesawat yang terbuat dari filamen terbesar di dunia tetapi juga diakui sebagai pembuluh tekanan serat karbon terbesar yang pernah diproduksi. Kekuatan tarik/lingkaran bahan komposit yang luar biasa memungkinkannya untuk menahan tekanan kabin yang lebih tinggi, mempertahankan tekanan internal yang setara dengan ketinggian 6, 000 kaki (1.830 meter) -komparasi dengan {{8} {{{8 {8} {{{{{8 {{{{{8 {{{10 {{{{{{8 {{{10 {{{{{8 {{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{8 {{{{{8 {{{{{{8 {{{{{{8 {{{{{8 {. Selain itu, komposit menahan korosi (kelemahan utama badan pesawat logam), memungkinkan kelembaban kabin tetap stabil pada 10–15% (versus 5-10% pada badan pesawat logam), lebih meningkatkan kenyamanan.
Di bawah pengaruh teknologi komposit yang berkembang, Airbus sepenuhnya mendesain ulang A -350, mengganti nama itu a -350 xwb (tubuh ekstra lebar) . Pesawat meningkatkan penggunaan material komposit dari 40% asli menjadi 52% . A -350 badan pesawat XWB adalah 13 cm lebih luas dari 787, memungkinkan 9- mengatasinya konfigurasi tempat duduk dalam tata letak kepadatan tinggi (dibandingkan dengan maksimum {{10} {10} 787). Seperti 787, A -350 XWB akan mempertahankan tekanan kabin pada ketinggian altitude 6, 000 kaki.
Pada tanggal 14 Juni 2013, Airbus berhasil melakukan penerbangan perdananya dari pesawat Body A350 XWB yang baru, menandai tonggak sejarah lain dalam industri penerbangan global setelah Boeing B -787 "Dreamliner." A350 XWB dan B -787 menggunakan 52% dan 50% bahan komposit, masing -masing, menandakan era baru dalam pengembangan komposit aerospace.
{555- kursi -380, pesawat terbesar di dunia, mencapai prestasi inovatif dalam sejarah penerbangan dengan menggunakan carbon fiber-reinforced plastik (CFRP) . Bahan Komposit merupakan 25% dari massa pesawat, dengan 22% menjadi CFRP dan 3% menjadi laminasi serat-logam glare laminasi (hibrida berlapis komposit serat aluminium dan kaca), penggunaan pertama yang terakhir di pesawat sipil. Komponen CFRP meliputi: rem kecepatan, penstabil vertikal dan horizontal (dua kali lipat sebagai tangki bahan bakar), lift, aileron, spoiler flap, pintu landing gear, fairing, kotak sirip ekor vertikal, balok lantai kabin atas, sekat tekanan belakang, bagian belakang, pensteri horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal, dan horizontal.
Mengikuti A -340} yang memelopori penggunaan serat karbon untuk balok lunas dan tekanan belakang komposit yang memecahkan hambatan desain tradisional-A -380 lebih lanjut ditantang norma-norma teknik dengan mengadopsi CFRP untuk kotak sayap central (menghubungkan sayap ke fuselage). Inovasi ini saja mengurangi berat badan sebesar 1.5 metrik ton dibandingkan dengan paduan aluminium canggih. Penghematan berat CFRP, dikombinasikan dengan kelelahan dan resistensi korosi, peningkatan efisiensi bahan bakar sebesar 13% 13% 13% A -380 menjadi pesawat jarak jauh pertama yang mencapai di bawah 3 liter bahan bakar per penumpang per 100 km, dengan biaya operasi 15-20% lebih rendah daripada pesawat paling efisien pada masanya.
Jet bisnis Dassault Aviation FalCon 7X, mampu melaju pada 12, 000 meter dengan kecepatan maksimum Mach 0. 8, menampung 8 penumpang dan menawarkan kisaran 10.560 km (5.700 mil laut). Raytheon's Beechcraft Premier 1 Light Jet mencapai kecepatan jelajah 835 km/jam dengan kisaran 2.759 km-kedua yang menampilkan badan pesawat canggih composite .
Pesawat transportasi baru Jepang, alelex, juga menggabungkan komposit serat karbon yang signifikan.
Cina juga telah secara luas menggunakan bahan komposit dalam desain dan produksi pesawat. Misalnya, QY8911/HT3 bismaleimide prepreg serat karbon searah dan bahan komposit yang dikembangkan dan diproduksi oleh Institut Penelitian Teknologi Manufaktur Aeronautika Beijing telah diterapkan pada komponen -komponen seperti bagian pesawat maju, penstabil ekor vertikal, panel sayap luar, peleburan, dan pembunuhan pesawat terbang. Resin termoplastik intip/AS4C resin prepreg serat karbon searah dan bahan komposit yang dikembangkan oleh Institut Bahan aeronautika Beijing menunjukkan ketangguhan fraktur yang luar biasa, ketahanan air, ketahanan penuaan, retardansi nyala, dan ketahanan kelelahan. Cocok untuk pembuatan struktur pesawat terbang primer, bahan-bahan ini dapat beroperasi jangka panjang pada 120 derajat dan telah digunakan di kulit depan panel Teluk Gear Landing Aircraft.
Pesawat militer Tiongkok "Flying Leopard," yang menggabungkan komponen komposit serat karbon yang signifikan, memiliki panjang keseluruhan sekitar 22,3 meter, lebar sayap 12,7 meter, berat lepas landas maksimum 28,4 ton, kapasitas muatan eksternal maksimum 6,5 ton, kecepatan tertinggi Mach 1.70, dan kisaran feri 3..6. Dengan kemampuan tempur yang melampaui pesawat Jaguar, Tornado, dan Su -24, macan tutul terbang menunjukkan karakteristik yang konsisten dengan jet tempur generasi ketiga.
2. Aplikasi Bahan Komposit dalam Stealth Pesawat
Dalam beberapa dekade terakhir, kemajuan yang signifikan telah dibuat dalam penelitian bahan komposit siluman, yang berevolusi menuju karakteristik "ketipisan, cahaya, penyerapan broadband (spektral), dan kekuatan (resistensi dampak, resistensi suhu tinggi)." Komposit yang diperkuat serat karbon tidak ada fungsi yang berkekuatan ringan. Misalnya, CF/PEEK atau CF/PPS menunjukkan kinerja penyerapan broadband yang sangat baik, secara efektif menyerap gelombang radar. Amerika Serikat memelopori penggunaan bahan siluman di pesawat terbang, dengan f -117 dan f -22 menjadi yang paling banyak dilapisi. Lapisan siluman pada f -117 sangat kompleks, menggabungkan hingga Seven bahan yang berbeda.
Struktur utama AS f -22 Supersonic Fighter menggunakan plastik rekayasa khusus yang diperkuat serat karbon menengah. Demikian pula, Mirage III Fighter's Deseleration Paracute Covers dan Ejection Seat Components terbuat dari bahan-bahan tersebut, yang telah berhasil diterapkan pada bagian-bagian yang menyerap radar seperti iga pesawat, kulit, konektor, dan pengencang. Casing tomahawk cruise casing, substrat badan pesawat dari B -2 stealth bomber, dan bagian f -117 A pesawat siluman juga menggunakan bahan pengiring radar polimer yang dimodifikasi oleh serat karbon.
Dalam 2000, Angkatan Udara AS meningkatkan bahan siluman F -117, mengganti lapisan tujuh lapis asli dengan satu bahan. Perubahan ini prosedur pemeliharaan standar dan bahan penyerap radar di semua f -117 S, mengurangi spesifikasi teknis sekitar 50%. Post-upgrade, waktu pemeliharaan per jam penerbangan untuk f -117 dipotong lebih dari setengahnya, dan biaya pemeliharaan tahunan untuk semua 52 f -117 S dijatuhkan dari 14.5 juta, 6,9 juta. Berbeda dengan f -117, f -22 menghindari pelapis penyerap radar seluruh tubuh tetapi berlaku lapisan penyerap radar radar ke semua komponen logam internal dan eksternal. Lapisan ini tahan lama, tahan aus, dan lebih mudah diterapkan dibandingkan dengan sistem f -117.
Para ahli memperkirakan bahwa dengan 2030s, komposit canggih seperti bahan elektrokromik polimer konduktif, "bahan semikonduktor hybrid, nanocomposites, dan teknologi siluman yang jelas - secara praktis akan diterapkan di pesawat terbang. Inovasi -inovasi ini secara fundamental dapat mengubah sistem avionik dan metodologi kontrol pesawat.
Sumber:Bahan komposit penerbangan dan analisis mekaniknyaOleh Haitao Cui dan Zhigang Sun (eds.)