composite

واژه کامپوزیت در فارسی مرکب یا چند سازه‌ای ترجمه شده است و همانطور که از معنای آن مشخص است موادی که از چند جز ساخته می‌شود را مواد مرکب یا مواد کامپوزیتی می‌گویند. در این مقاله قصد داریم ضمن آشنایی با سازه‌های کامپوزیتی دو مورد مهم از کاربرد این مواد که اخیرا در صنعت هوانوردی از آن رونمایی شده است را معرفی کنیم.

تاریخچه

نخستین استفاده از مواد کامپوزیتی را می‌توان سازه‌های کاه گلی نام برد که به منظور تقویت استحکام، از مخلوط کاه و گل استفاده می‌کردند. بعد از آن بشر برای ساخت کمان هایی محکم‌تر که خاصیت کشسانی بیشتری دارند به کمان های چندلایه روی آورد. این کمان ها از تاندون حیوانات، چوب و ابریشم ساخته شده بود. نخستین استفاده مواد کامپوزیتی در صنعت هوانوردی بر میگردد به سال 1910 میلادی که سطوح پارچه ای برخی از قسمت های هواپیما را با یک محلول رزینی تقویت می‌کردند تا از پوسیدگی آن جلوگیری شود. صنعت مواد کامپوزیتی با ساخت الیاف شیشه در سال 1938شکل متفاوتی به خود گرفت تا به امروز که خیلی از مواد اطراف ما حتی در صنعت پزشکی با استفاده از این مواد کامپوزیتی ساخته می‌شود.

دسته‌بندی کامپوزیت‌ها

کامپوزیت‌ها را از جهات مختلف می‌توان طبقه‌بندی نمود. استفاده از مواد کامپوزیتی اغلب به منظور بهبود یک خاصیت مکانیکی است. حال این خاصیت با توجه به محل استفاده می‌تواند متفاوت باشد به طور مثال در بال هواپیما نیاز به استحکام و در خروجی موتور نیاز به تحمل دمای بالا می‌باشد همچنین مکانیسم تقویت کنندگی بستگی به شکل هندسی تقویت کننده دارد. با توجه به مواد به کاررفته برای تقویت مواد کامپوزیتی این مواد به سه دسته کامپوزیت های پلیمری، فلزی و سرامیکی تقسیم می‌شوند. در کامپوزیت های پلیمری (PMC) هدف اصلی بهبود خواص مکانیکی است که عمدتا از ساختار لایه ای رزین و الیاف استفاده می‌شود. روش های لایه گذاری، نوع الیاف و رزین تعیین کننده ی استحکام آن ها هستند. در این میان الیاف کربن دارای بالاترین نسبت مقاومت به وزن است. در كامپوزيت هاي فلزي بهبود قابليت فرآورش نظير ماشينكاري و در كامپوزيت‌هاي سراميكي عمدتاً افزايش چقرمگي هدف اصلي است.

در کامپوزیت‌های پلیمری هر لایه از ترکیب الیاف و رزین تشکیل می‌شود. الیاف ها با توجه به نوع جنس و بافتی که دارند خاصیت مکانیکی متفاوتی دارند به طور مثال الیاف کربن استحکام بالایی دارد و الیاف کولار خاصیت کشسانی به سازه می‌دهد. نوع رزین نیز همانند الیاف بر اساس نوع کارکرد انتخاب و استفاده می‌شود به طور مثال رزین پلی استر مناسب محل هایی که رطوبت بالایی را تجربه می‌کنند. معیار دیگر در مقاومت مواد کامپوزتی تعداد لایه های چیده شده و نسبت زاویه هر لایه می باشد و در آخر مهمترین پارامتر نحوه لایه گذاری می‌باشد که می توان به صورت دستی، وکیوم و یا اینفیوژن انجام شود. هر یک از روش ها جزئیات و نکات زیادی برای بیان کردن دارند اما شاید در حوصله این مقاله نباشد بنابراین در ادامه دو مورد استفاده از مواد کامپوزیتی که توسط دو شرکت بزرگ هواپیمایی مورد استفاده قرار گرفته شده است را ذکر می‌کنیم.

اسپار بوئینک 777x

چندی پیش شاهد نخستین پرواز آزمایشی پرنده محبوب 777x بودیم و از نکات برجسته این هواپیما غولپیکر اسپار فیبر کربنی آن است. همانطور که می‌دانید اسپار یکی از اعضای اصلی تشکیل دهنده ی بال است که وظیفه تحمل بارهای آیرودینامیکی (لیفت و درگ) و نیروی پیشران موتور را بر عهده دارد. این نخستین باری است که اسپار یک هواپیمای تجاری غیر فلزی است و در واقع از فیبر کربن ساخته شده است. طول بال های این هواپیما در حدود 72 متر است و در طول پرواز وزن 350 تنی این پرنده را باید تحمل کند از طرفی دیگر نیروی عظیم 230 هزار پوندی تولید شده از دو موتور قدرتمند به علاوه بارهای ناشی از مانور این پرنده بخشی مهمی از نیروهایی هستند که باید توسط اسپار مهار شود. خاصیت سبک بود مواد کامپوزتی در یک نسبت استحکامی، این بال را تبدیل به سبک ترین بال هواپیمای تجاری نسبت به رقبا خود کرده است. این اسپار تماما توسط ربات‌های پیشرفته ساخته می شود و در نهایت هم توسط ربات بازرسی می‌شود تا عاری از هرگونه حباب و یا ترک باشند

کامپوزیتی

پره‌های فوق سبک رولزرویس

یکی دیگر از سازه‌های کامپوزیتی مهم در صنعت هوانوردی پره‌های تمام کامپوزیتی است رولزرویس است. این کمپانی که در این زمینه پیشرو بوده است توانسته است مرحله تست این پره‌ها را با موفقیت پشت سر بگذارد. دو عامل مهم که شامل کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده‌های زیست محیطی است انگیزه‌ای شد که این کمپانی از دو سال گذشته شروع به سرمایه‌گذاری برای تولید پره‌های کامپوزیتی کند. خواص آیرودینامیکی و ترمودینامیکی بالاتر این پره‌ها باعث شده است تا در کمپرسور نسبت تراکم هوا نسبت به قبل افزایش یابد.

کامپوزیتی

به طور خلاصه می توان گفت افزایش به کارگیری مواد کامپوزیت در صنعت هوانوردی غیرقابل انکار است و بالابردن دانش طراحی، ساخت و تعمیر نگهداری بیش از پیش نیاز این صنعت می‌باشد بنابراین انتظار می‌رود با سیاست گذاری‌های درست و به موقع پیش از آنکه فاصله زیادتری ایجاد شود سرمایه گذاری‌های لازم در این حوزه انجام شود.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *