कार्बन फाइबर सम्मिश्रण -- हवाई जहाज में जादुई पंख जोड़ना

एक नई सामग्री प्रौद्योगिकी के रूप में, सैन्य विमानों में समग्र सामग्री का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

1960 के दशक में,ग्लास फाइबर-प्रबलित मिश्रित सामग्री का उपयोग सबसे पहले एयरक्राफ्ट फेयरिंग, फ्लैपेरॉन में किया जाने लगा। इस समय, मिश्रित सामग्रियों के यांत्रिक गुण अपेक्षाकृत कम होते हैं, और समग्र सामग्रियों से बने विमान के हिस्से आकार और बल स्तर में छोटे होते हैं।

1960 के दशक के उत्तरार्ध में,विमान संरचनाओं में बोरॉन फाइबर/एपॉक्सी कंपोजिट का उपयोग किया जाने लगा। उदाहरण के लिए, एफ -14 ने 1971 में फ्लैट टेल पर बोरॉन फाइबर-प्रबलित एपॉक्सी राल कंपोजिट लागू करना शुरू किया।

बीच में-1970,सुदृढीकरण के रूप में कार्बन फाइबर के साथ एक उच्च-प्रदर्शन मिश्रित सामग्री का जन्म हुआ, जिसने विमान में समग्र सामग्री के बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को खोल दिया। उत्कृष्ट उच्च विशिष्ट शक्ति, उच्च विशिष्ट मापांक, संक्षारण प्रतिरोध और थकान प्रतिरोध के साथ कार्बन फाइबर-प्रबलित कंपोजिट विमानन उपकरण आवश्यकताओं के लिए बहुत उपयुक्त हैं। कार्बन फाइबर प्रबलित समग्र सामग्री धीरे-धीरे बड़ी ताकतों और बड़े आकार वाले सैन्य विमानों की ऊर्ध्वाधर पूंछ और सपाट पूंछ में उपयोग की जाती है, जैसे समग्र पूंछ और F -15, F -16, मिग {की ऊर्ध्वाधर पूंछ {5}}, मिराज 2000, एफ/ए-18 और अन्य विमान। 1970 के दशक के बाद से, विदेशी सैन्य विमान टेल फिन्स ने सभी मिश्रित सामग्रियों का उपयोग किया है। सम्मिश्र सामग्री से बनी चपटी पूंछ और खड़ी पूंछ आम तौर पर विमान के कुल संरचनात्मक भार का 5 प्रतिशत -7 प्रतिशत होती है।

टेल फिन के समग्र सामग्री युग में प्रवेश करने के बाद,बड़े संरचनात्मक बलों और बड़े आकार वाले सैन्य विमानों के पंख, फ्यूजलेज और अन्य प्रमुख घटकों के लिए मिश्रित सामग्रियों का उपयोग शुरू हुआ। मैकडॉनेल डगलस ने 1976 में F/A-18 समग्र विंग का नेतृत्व किया और 1982 में सेवा में प्रवेश किया, समग्र उपयोग को 13 प्रतिशत तक बढ़ा दिया। तब से, विभिन्न देशों द्वारा विकसित सैन्य विमानों के पंख लगभग सभी मिश्रित सामग्रियों से बने हैं। उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका के AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35, फ्रांस का राफेल, स्वीडन का JAS-39, टायफून चार यूरोपीय देशों, रूस के -37, इत्यादि द्वारा संयुक्त रूप से विकसित किया गया।

वर्तमान में,दुनिया के उन्नत सैन्य विमानों में समग्र सामग्री की मात्रा पूरे विमान संरचना के वजन का 20 प्रतिशत -50 प्रतिशत है। समग्र सामग्रियों के मुख्य भागों में फेयरिंग, फ्लैट टेल, वर्टिकल टेल, फ्लैट टेल बॉक्स, विंग, फ्रंट फ्यूजलेज आदि शामिल हैं। यदि समग्र सामग्री विमान के कुल वजन का लगभग 50 प्रतिशत है, तो विमान के अधिकांश संरचनात्मक भाग मिश्रित सामग्री से बने होते हैं, जैसे कि बी -2 स्टील्थ बॉम्बर।

2020 में,एयरोस्पेस क्षेत्र में कार्बन फाइबर की मांग का अनुपात एयरोस्पेस क्षेत्र में कार्बन फाइबर की मांग का अनुपात 1.80 प्रतिशत है। मांग का आधार छोटा है, लेकिन उच्च-प्रदर्शन की मांग मजबूत है, और आवेदन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसी समय, चीन के लंबी दूरी के सामरिक हथियारों के तेजी से विकास के साथ, यह कार्बन फाइबर कंपोजिट के आवेदन अनुपात का विस्तार करने की उम्मीद है।

तरंग-अवशोषित चुपके:साधारण कार्बन फाइबर विद्युत चुम्बकीय तरंगों का एक परावर्तक है, और कार्बन फाइबर की सतह संशोधन (जैसे निकल चढ़ाना, सिलिकॉन कार्बाइड कोटिंग के साथ लेपित, आदि) के माध्यम से एक लहर-अवशोषित कार्य नहीं होता है, नए कार्बन फाइबर का विकास ( जैसे विशेष खंड कार्बन फाइबर, सर्पिल कार्बन फाइबर, झरझरा कार्बन फाइबर, कार्बन नैनोट्यूब, आदि), इसके विद्युत चुम्बकीय प्रदर्शन में काफी सुधार कर सकते हैं।

स्टील्थ विमान बनाने के लिए विशेष कार्बन फाइबर का उपयोग किया जाता है, जैसे कि बी -2 स्टील्थ बॉम्बर, जिसका मुख्य बीम और इंजन कम्पार्टमेंट में टाइटेनियम कंपोजिट को छोड़कर पूरा फ्यूजलेज कार्बन फाइबर कंपोजिट से बना है। अमेरिकी स्टील्थ फाइटर F-22 द्वारा उपयोग की जाने वाली CFRP की मात्रा 24 प्रतिशत तक है, और ब्रिटिश टाइफून फाइटर जेट द्वारा उपयोग की जाने वाली मिश्रित सामग्री की मात्रा 40 प्रतिशत तक है। स्ट्रक्चरल कार्बन फाइबर अवशोषक समग्र रडार स्टील्थ सामग्री का एक महत्वपूर्ण विकास दिशा है, जो हल्के वजन और उच्च शक्ति और मिश्रित की संपत्ति को अवशोषित करने के संरचनात्मक लाभों को जोड़ती है। कार्बन फाइबर अवशोषित सामग्री एक उत्कृष्ट अवशोषित सामग्री है जो फ़ंक्शन और संरचना को एकीकृत करती है। चुपके संरचनात्मक सामग्री के सुधार और सुधार के साथ, कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री की मांग बढ़ती रहेगी।

चीनी विमान की चौथी पीढ़ी से पहले, समग्र सामग्री का आवेदन दायरा टेल विंग, डक विंग और अन्य माध्यमिक लोड-असर संरचनाओं तक सीमित है, अनुपात 10 प्रतिशत से कम है, चौथी पीढ़ी के विमान समग्र सामग्री की खुराक ने स्पष्ट कर दिया है सफलता, समग्र सामग्री की खुराक पूरे मशीन संरचना के लगभग 20 प्रतिशत तक पहुंच जाती है।

लगभग 40 वर्षों के विकास के बाद, सैन्य विमानों के लिए उन्नत राल-आधारित कंपोजिट को गैर-लोड-असर घटकों से माध्यमिक और मुख्य लोड-असर घटकों में विकसित किया गया है और 20 प्रतिशत ~ 30 प्रतिशत की महत्वपूर्ण कमी प्राप्त कर सकता है। खपत के संदर्भ में, उन्नत सैन्य विमानों में उपयोग की जाने वाली मिश्रित सामग्री की मात्रा वर्तमान में 30 प्रतिशत से अधिक हो गई है, और भविष्य में यह अनुपात स्थिर रहेगा। सैन्य विमानों के निर्माण में, रेजिन-आधारित मिश्रित सामग्री का उपयोग रेडोम, विंग, फ्यूजलेज, कनार्ड, फ्लैट टेल और लड़ाकू विमानों के इंजन के बाहरी हिस्से के निर्माण के लिए किया जा सकता है।

F-35 स्वयं उच्च शक्ति वाले कार्बन फाइबर कंपोजिट के भारी उपयोग के साथ बनाया गया है। विशेष रूप से, कार्बन फाइबर कंपोजिट का रचनात्मक रूप से त्वचा, पंख संरचना और शरीर संरचना घटकों में उपयोग किया जाता है। इसका कार्बन-फाइबर कंपोजिट पहले से ही विमान के कुल वजन का एक चौथाई और पंखों का एक तिहाई है। F -35 में कार्बन फाइबर यकीनन सबसे बड़ा वजन घटाने वाला कारक है।

स्टील्थ जेट बॉडी एक रडार-अवशोषित सामग्री (RAM) से ढकी होती है, जैसे कि B-2 स्प्राइट या F117 नाइटहॉक, जिसे विद्युत चुम्बकीय तरंगों को ऊष्मा में बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। RAM गर्मी, नमी और घर्षण के तहत अपनी अखंडता खो देता है।

नॉर्थ कैरोलिना स्टेट यूनिवर्सिटी के अनुसंधान और विकास दल ने रैम की सीमाओं के कारण होने वाली समस्याओं को हल करने के लिए एक कार्बन फाइबर प्रबलित समग्र बहुलक (CFRP) त्वचा विकसित की और इसका उपयोग B-21 स्टील्थ बॉम्बर में किया गया। समग्र को कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) द्वारा बढ़ाया जाता है, जो मजबूत और हल्के होते हैं और 1800 डिग्री से अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं और आने वाली विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का संचालन करने में मदद करते हैं।

परीक्षणों से पता चला है कि नई समग्र सामग्री में बेहद कम उत्सर्जन होता है, लगभग पता नहीं लगाया जा सकता है, और चुपके विमानों में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले रैम के 70-80 प्रतिशत की तुलना में 90 प्रतिशत से अधिक विद्युत चुम्बकीय तरंगों को अवशोषित कर सकता है। नई सामग्री का विमान पर छिड़काव किया जाएगा और यह 3 मिमी मोटी होगी।

J-11 श्रृंखला और चेंगफेई की J-10 और J-20 श्रृंखला के पंख कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री से बने हैं। चीन के विमानन उद्योग को पिछले 20 वर्षों में कार्बन फाइबर लैमिनेटेड भागों के निर्माण में बहुत सफल अनुभव है।

चीन के लिए, J-20 विमान 1990 के दशक के अंत में विकसित किया गया था और इसकी परीक्षण उड़ान 2010 के अंत में शुरू हुई थी, जिससे इसे देर से चलने वाले के रूप में तकनीकी लाभ मिला। J-20 के पूर्ववर्ती, J-10 के कनार्ड पंख, पूरी तरह से कार्बन-फाइबर प्रबलित बिस्मेलीमाइड राल कंपोजिट से बने होते हैं, जिनमें धातु सामग्री की तुलना में बहुत छोटे रडार हस्ताक्षर होते हैं और इससे भी अधिक हो सकते हैं राल मैट्रिक्स में अन्य गुढ़ सामग्री को डोपिंग करके गुढ़। J-20 का कैनार्ड विंग बाद के शोध परिणामों का भी उपयोग करेगा, जबकि F-22 का क्षैतिज स्टेबलाइज़र, जो आंशिक रूप से धातु का भी है, आवश्यक रूप से चोरी-छिपे नहीं है। इसके अलावा, J-20 का कैनर्ड विंग उल्टा है और विंग उल्टा है, इसलिए कैनर्ड के अग्रणी किनारे से परावर्तित रडार तरंगें मुख्य विंग के अग्रणी किनारे तक विकीर्ण नहीं होंगी और एक द्वितीयक प्रतिबिंब बनाते हैं, जो कि चुपके के लिए भी एक अनुकूल कारक है।