Faoi láthair, tá ábhair chomhchodacha ar cheann de na ceithre mhórchóras ábhar mar aon le hábhair mhiotalacha, ábhair pholaiméireacha, agus ábhair neamh-mhiotalacha neamhorgánacha. Tá leibhéal thionscal ábhar ilchodach an náisiúin ina phríomhtháscaire ar a neart eolaíoch, teicneolaíochta agus eacnamaíoch. Is foinse buntáiste iomaíoch iad ábhair chomhchodacha chun cinn don tslándáil náisiúnta agus don gheilleagar. Táthar ag tuar, faoi 2020, nach mbeidh ach ábhair chomhchodacha in ann feabhas feidhmíochta 20%–25% a bhaint amach.
1. Feidhmchláir i Struchtúir Fuselage Aerárthaí
Úsáidtear ábhair chomhchodacha ardleibhéil chun príomhstruchtúir ualachiompartha agus struchtúir ualach thánaisteacha-a dhéanamh, rud a thairgeann stiffness agus neart atá inchomparáide le nó níos mó ná iad siúd a bhaineann le cóimhiotal alúmanaim. Cuirtear na hábhair seo i bhfeidhm go forleathan anois i ndéantúsaíocht struchtúir fuselage aerárthaí agus struchtúir chomhtháite aerfheithiclí beaga gan fhoireann (UAV). Tá glactha go forleathan ag na Stáit Aontaithe le cumaisc i scairdeanna trodaire agus in aerárthaí comhraic. Sna 1960idí, bhain SAM úsáid as plaistigh treisithe snáithíní carbóin (CFRP) den chéad uair in aerárthaí míleata le haghaidh comhpháirteanna ar nós doirse cábáin, painéil rochtana, aontaí, agus dromchlaí rialaithe (m.sh., ailerons agus neamh-ualach{1} {1} riachtanais {1} íseal-iompair. Faoi na 1980í luatha, tháinig cumaisc chun cinn go comhpháirteanna eireaball cosúil le cobhsaitheoirí ingearacha agus cothrománacha (struchtúir ualach tánaisteacha), mar a fheictear in aerárthaí ar nós F-15, F-16, F-18, Mirage 2000, agus Mirage 40.0. Sna 1980í, thosaigh trodaithe ceathrú glúin cosúil leis an F-22 agus an F-35 JSF ag ionchorprú comhchodanna i mórstruchtúir ualachiompartha amhail sciatháin agus fuselages, rud a chuir dlús le comhtháthú ábhar cumaisc in aerárthaí míleata. Tá méadú ag teacht i gcónaí ar úsáid na n-ábhar ilchodach (Tábla 1-2), arb ionann é anois agus 20%–50% den mhais struchtúrach in aerárthaí míleata nua-aimseartha.
Bhain cuideachta Briotanach ICI úsáid as GF/PA (polaimíd treisithe snáithín gloine is dócha) chun comhlaí a tháirgeadh d’aerárthaí trodaire, ag cinntiú go gcoimeádann na comhlaí seo feidhmíocht agus cobhsaíocht tríthoiseach fiú tar éis nochtadh fada don bhreosla thar raon teochta leathan. Bhain Du Pont úsáid freisin as ábhair mar GF, KF/PA, agus PPS (suilfíd pholaifeiniléin) chun comhpháirteanna d’aerárthaí míleata a mhonarú.
Ag glacadh leis an gceathrú-glúin F/A-22 trodaire mar shampla, is éard atá i gcomhchodanna ná 24.2% dá hábhair struchtúracha. Ina measc seo, is éard atá i gcomhchodanna teirmeaplaisteacha suas 23.8%, agus is ionann comhdhúile teirmeaplaisteacha agus thart ar 0.4%. Tá thart ar 70% de na comhdhúile thermosetting bunaithe ar roisín bismaleimide (BMI), a úsáidtear chun níos mó ná 200 cineál comhpháirteanna casta a tháirgeadh. Is éard atá sna hábhair theirmithéachtacha atá fágtha comhdhéanta go príomha de chomhábhair atá bunaithe ar roisín eapocsa, agus úsáid bhreise á baint as eistear cianáit agus as comhchodanna atá bunaithe ar roisín teirmeaplaisteach. I measc na bpríomhréimsí iarratais tá sciatháin, craicne lár-fuselage, frámaí, agus hailt eireaball.
Baineann rótarárthaí míleata úsáid fhorleathan as comhchodanna freisin. Mar shampla, úsáideann an t-aerárthach tiltrotor V-22 Osprey cumaisc le haghaidh níos mó ná 40% dá mais struchtúrach, lena n-áirítear an fuselage, na cliatháin, an t-eireaball, agus meicníochtaí rothlacha, arb ionann iad agus níos mó ná 3,000 kg d'ábhair chomhchodacha. Tá ábhair chomhchodacha in 80% dá chomhpháirteanna struchtúracha ag an héileacaptar ionsaithe Tíogair Eurocopter is déanaí, agus é gar d’aerfhráma iomlán ilchodach. I gcodarsnacht leis sin, úsáideann aerárthaí iompair mhíleata níos lú comhchodanna-C-17 ag 8% agus C-130J ag díreach 2%-cé go n-ionchorpraíonn iompar míleata Airbus A400M sciathán uile-ilchodach, agus is ionann comhchodanna agus 35% dá mais struchtúrach nuair a bhíonn siad folamh.
San eitlíocht shibhialta, bhí mais struchtúrach de thart ar 1,800 kg ag aerárthach éadrom píolótach aonair sna 1980idí luatha sna 1980idí, le comhchodanna os cionn 1,200 kg. Leag an t-aerárthach éadrom Voyager 1986, a raibh níos mó ná 90% dá struchtúr déanta de chomhchodanna snáithíní carbóin, taifead domhanda amach maidir le heitilt neamh-stad, naoi lá ar fud an domhain. Sa lá atá inniu ann, tá dlús curtha leis an iomaíocht idir na fathaigh aeraspáis Boeing agus Airbus, le príomhfhócas ar úsáid ábhar ilchodach a mhéadú (Fíor 1-2).
Chun an chéad fhiúsáil aerárthach 787 ilchodach go léir a tháirgeadh, ghlac Boeing modh socrúcháin snáithíní cosúil leis an modh a d'úsáid Raytheon. Chruthaigh an próiseas comhpháirt fuselage ilchodach a bhí 7 méadar ar fad agus 6 méadar ar leithead. Déanadh an struchtúr seo a mhonarú ag baint úsáide as teicneolaíocht Socrúchán Snáithín Uathoibríoch (AFP) ar mandrel rothlach ollmhór. Rinneadh an mandrel a{-roimh meaisínithe le eitneacha a bhí ag teacht le cruth agus toisí na sreangáin agus na fadlínte fuselage. Cuireadh sreangáin agus bíomaí réamhfhoirmithe (déanta as sraitheanna réamhullmhaithe de shnáithíní carbóin agus -leasaithe) isteach sna heangaí seo roimh an foirceannadh. Le linn na táirgeachta, rothlaigh an mandrel feadh a aise, rud a ligeann do shnáithín leanúnach foirceannadh ar an múnla chun an bhlaosc fuselage a dhéanamh, agus oscailtí fuinneoige fágtha gan leagan. Rinneadh an bhlaosc fuselage, mar aon leis na bíomaí agus na sreangáin, a leigheas ansin chun cuid den fhuselage ilchodach monailiteach a chruthú, a leagadh amach níos déanaí mar an táirge deiridh.
Ní hamháin gurb é an chuid den fhiúsáil ilchodach Boeing 787 an comhpháirt fuselage filiméid is mó ar domhan ach aithnítear é freisin mar an soitheach brú snáithíní carbóin is mó a táirgeadh riamh. Cuireann neart teanntachta/fonsa eisceachtúil an ábhair chomhchodaigh ar a chumas brú cábáin níos airde a sheasamh, ag coinneáil brú inmheánach atá comhionann le airde 6,000 troigh (1,830 méadar){{7} i gcomparáid leis na gnáth-aerárthaí 7,000–9,000 troigh}a fheabhsaíonn go mór compord na n-aerárthaí traidisiúnta.{12} Ina theannta sin, cuireann comhdhúile in aghaidh creimthe (laige mhór ar fhrámaí aeir miotail), rud a ligeann do thaise an chábáin fanacht cobhsaí ag 10–15% (i gcomparáid le 5–10% i bhfiúslaí miotail), rud a chuireann le compord tuilleadh.
Faoi thionchar méadaitheach na teicneolaíochta ilchodach, rinne Airbus athdhearadh iomlán ar an A-350, ag tabhairt A-350 XWB (Comhlacht Breise) air. Mhéadaigh an t-aerárthach a úsáid ábhar ilchodach ón 40% bunaidh go 52% . Tá fuselage an A-350 XWB 13 cm níos leithne ná na 787idí, rud a chuireann ar chumas cumraíochta 9 suíocháin ar a laghad i leagan amach ard-dlúis (i gcomparáid le huasmhéid 787 d’8 n-aibéal). Cosúil leis an 787, coimeádfaidh an A-350 XWB brú cábáin ag airde coibhéiseach 6,000 troigh.
Ar an 14 Meitheamh, 2013, d'éirigh le Airbus eitilt tosaigh a aerárthaigh nua leathan A350 XWB, rud a mharcáil ar chloch mhíle eile sa tionscal eitlíochta domhanda tar éis B-787 "Dreamliner" Boeing. Úsáideann an A350 XWB agus B-787 52% agus 50% ábhair chomhchodacha, faoi seach, rud a léiríonn ré nua i bhforbairt ilchodach aeraspáis.
Bhain an 555 suíochán A{-380, an t-aerárthach is mó ar domhan, sár-éachtanna amach i stair na heitlíochta trí úsáid fhorleathan a bhaint as plaisteach carbóin-treisithe le snáithín (CFRP). Is ionann ábhair chomhchodacha agus 25 % de mhais an aerárthaigh, agus CFRP 22 % agus GLARE lannán miotail-snáithíneach (hibrideach sraitheach de chomhábhair alúmanaim agus snáithíní gloine), an chéad úsáid a bhain siad as in aerárthaí sibhialta. I measc na gcomhpháirteanna CFRP tá: coscáin luais, cobhsaitheoirí ingearacha agus cothrománacha (dúbailt mar umair breosla), ardaitheoirí, ailerons, millteoirí flap, doirse fearas tuirlingthe, fairings, boscaí eite eireaball ingearach, bíomaí urláir cábáin uachtair, bulkheads brú cúil, ailt fuselage cúil, cobhsaitheoirí cothrománacha, agus ailerons.
Tar éis úsáid cheannródaíoch an A-340í a bhaintear as snáithín carbóin don léas cíle agus do cheannairí brú cúil ilchodacha-na bacainní deartha traidisiúnta a bhriseadh- thug an A-380 dúshlán breise do noirm innealtóireachta trí CFRP a ghlacadh dá bhosca sciatháin láir (na sciatháin a nascadh leis an bhfuselage). Laghdaigh an nuálaíocht seo amháin an meáchan 1.5 tonna méadrach i gcomparáid le hardchóimhiotail alúmanaim. Chuir coigilteas meáchain CFRP, in éineacht le tuirse agus friotaíocht creimeadh, éifeachtúlacht breosla 13% i gcomparáid le samhlacha iomaíocha agus laghdaíodh astaíochtaí. Ba é an A-380 an chéad aerárthach cianaistir a ghnóthaigh faoi 3 lítear breosla in aghaidh an phaisinéara in aghaidh an 100 km, agus costais oibriúcháin 15–20 % níos ísle ná an t-aerárthach is éifeachtaí dá chuid ama.
Tá scaird ghnó Dassault Aviation Falcon 7X, atá in ann taisteal ag 12,000 méadar le huasluas Mach 0.8, a fhreastalaíonn ar 8 bpaisinéir agus tá raon de 10,560 km (5,700 muirmhíle) ann. Sroicheann scaird solais Beechcraft Premier 1 Raytheon luas cúrsála 835 km/u le raon 2,759 km-le gach-fuselages ilchodacha ar fad araon.
Ionchorpraíonn aerárthach iompair nua na Seapáine, ALELEX, comhchodanna suntasacha snáithíní carbóin freisin.
Bhain an tSín leas forleathan freisin as ábhair chomhchodacha i ndearadh agus i dtáirgeadh aerárthaí. Mar shampla, cuireadh prepreg snáithín carbóin aontreoch bismaleimide QY8911/HT3 agus ábhar ilchodach a d'fhorbair agus a mhonaraigh Institiúid Taighde Teicneolaíochta Déantúsaíochta Aerloingseoireachta Beijing i bhfeidhm ar chomhpháirteanna mar an t-alt fuselage chun tosaigh, cobhsaitheoir eireaball ingearach, painéil sciatháin sheachtracha, millteoirí, agus fairings aerárthaí sruthlínithe. Léiríonn prepreg snáithín carbóin aontreoch roisín teirmeaplaisteacha PEEK/AS4C agus ábhar ilchodach a d'fhorbair Institiúid Ábhair Aerloingseoireachta Beijing toughness briste eisceachtúla, friotaíocht uisce, friotaíocht aosaithe, moilliú lasair, agus friotaíocht tuirse. Oiriúnach chun struchtúir aerárthaigh a iompraíonn ualach príomhúil a mhonarú, is féidir leis na hábhair seo oibriú go fadtéarmach ag 120 céim agus baineadh úsáid astu i gcraicne tosaigh painéil chuan an trealaimh tuirlingthe aerárthach.
Tá fad iomlán de thart ar 22.3 méadar ar an aerárthach míleata Síneach "Flying Leopard", a chuimsíonn comhpháirteanna ilchodacha snáithíní carbóin suntasacha,, achar sciatháin de 12.7 méadar, meáchan éirí de thalamh uasta de 28.4 tonna, acmhainn phálasta seachtrach uasta de 6.5 tonna, luas barr Mach 1.70, agus raon farantóireachta de thart ar .600, agus raon farantóireachta de thart ar .600 tonna. Agus cumais chomhraic níos airde ná iad siúd atá ag aerárthach Jaguar, Tornado, agus Su-24, léiríonn an Flying Leopard tréithe atá comhsheasmhach le scairdeanna trodaire tríú glúin.
2. Feidhm Ábhair Ilchodacha i Stealth Aerárthaí
Le blianta beaga anuas, tá dul chun cinn suntasach déanta i dtaighde ábhar ilchodach stealth, atá ag teacht chun cinn i dtreo na saintréithe "tanaí, Gile, ionsú leathanbhanda (speictreach), agus neart (friotaíocht tionchair, friotaíocht ard teochta). Mar shampla, léiríonn CF/PEEK nó CF/PPS sárfheidhmíocht ionsúcháin leathanbhanda, ag ionsú tonnta radair go héifeachtach. Bhí na Stáit Aontaithe chun tosaigh in úsáid na n-ábhar stealth in aerárthaí, agus na F-117 agus F-22 ar na cinn is mó brataithe. Bhí an sciath stealth ar an F-117 an-chasta, ag ionchorprú suas le seacht n-ábhar éagsúla.
Úsáideann príomhstruchtúr an trodaire supersonach F-22 US snáithín carbóin meán-mhodúil{-plaisteach innealtóireachta speisialtachta. Ar an gcaoi chéanna, déantar clúdaigh paraisiúit luasmhoillithe an trodaire Mirage III agus comhpháirteanna suíocháin dhíshealbhaithe as ábhair den sórt sin, a cuireadh i bhfeidhm go rathúil ar radair chun páirteanna a ionsú amhail easnacha aerárthaigh, craicne, nascóirí agus ceanglóirí. Úsáideann an cásáil diúracán cúrsála Tomahawk, an tsubstráit aerfhráma den bhuamadóir stealth B{{{{{{{{{{{.}2)2), agus codanna den aerárthach stealth F-117A ábhair ionsúcháin radair polaiméire atá modhnaithe i snáithín carbóin freisin.
Sa 2000, rinne Aerfhórsa na SA uasghrádú ar na hábhair stealth F-117, ag cur ábhar amháin in ionad an sciath bhunaidh seacht gciseal. Athraíonn sé seo nósanna imeachta cothabhála caighdeánaithe agus radair-ag ionsú ábhair thar na F-117s go léir, rud a laghdaigh sonraíochtaí teicniúla thart ar 50%. Uasghrádú i ndiaidh{20}, laghdaíodh an t-am cothabhála in aghaidh na huaire eitilte don F{-117 de níos mó ná leath, agus thit costais chothabhála bliantúla do gach 52 F{-117s ó 14.5 milliún,6.9 milliún. Murab ionann agus an F-117, seachnaíonn an F-22 bratuithe lán-ionsúcháin radair ach cuireann sé bratuithe ionsúcháin radair feirríte i bhfeidhm ar gach comhpháirt inmheánach agus seachtrach miotail. Tá an sciath seo buan, caitheamh-resistant, agus níos éasca a chur i bhfeidhm i gcomparáid le córas an F-117 ar.
Tuarann na saineolaithe go gcuirfear chun feidhme go praiticiúil in aerárthaí faoi na 2030idí, ábhair chomhchodacha ardleibhéil amhail ‘ábhair seoltacha polaiméire leictrichróim, ábhair leathsheoltóra hibrideacha, nana-chomhchodanna, agus teicneolaíochtaí cliste clisteacha. D'fhéadfadh na nuálaíochtaí seo córais eitleonaice agus modheolaíochtaí rialaithe aerárthach a athrú ó bhonn.
Foinse:Ábhair Ilchodacha Eitlíochta agus A Anailís Mheicniúille Haitao Cui agus Zhigang Sun (Eds.)