Als neue Materialtechnologie wurde das Verbundmaterial in Militärflugzeugen weit verbreitet eingesetzt.
In den 1960ern,Glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe wurden erstmals in Flugzeugverkleidungen, Flaperons, verwendet. Zu diesem Zeitpunkt sind die mechanischen Eigenschaften von Verbundmaterialien relativ gering, und die aus Verbundmaterialien hergestellten Flugzeugteile sind klein in Größe und Kraftniveau.
In den späten 1960er JahrenBorfaser/Epoxid-Verbundwerkstoffe wurden erstmals in Flugzeugstrukturen verwendet. Zum Beispiel begann die F-14 1971 damit, borfaserverstärkte Epoxidharz-Verbundwerkstoffe auf das flache Heck aufzubringen.
In der Mitte-1970s,Ein Hochleistungsverbundwerkstoff mit Kohlefaser als Verstärkung war geboren, der die groß angelegte Anwendung von Verbundwerkstoffen in Flugzeugen eröffnete. Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit ausgezeichneter hoher spezifischer Festigkeit, hohem spezifischem Modul, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit eignen sich sehr gut für die Anforderungen von Luftfahrtausrüstungen. Kohlefaserverstärkte Verbundwerkstoffe werden nach und nach im Seitenleitwerk und Flachleitwerk von Militärflugzeugen mit großen Kräften und großen Abmessungen verwendet, wie z. B. das Verbundleitwerk und das Seitenleitwerk von F-15, F-16, Mig{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 und andere Flugzeuge. Seit den 1970er Jahren verwenden alle Heckflossen ausländischer Militärflugzeuge Verbundwerkstoffe. Das flache Leitwerk und das Seitenleitwerk aus Verbundwerkstoffen machen im Allgemeinen 5 Prozent -7 Prozent des gesamten Strukturgewichts des Flugzeugs aus.
Nachdem die Heckflosse in die Ära der Verbundwerkstoffe eingetreten war,Die Anwendung von Verbundwerkstoffen begann sich für Flügel, Rumpf und andere Hauptkomponenten von Militärflugzeugen mit großen strukturellen Kräften und großen Abmessungen zu entwickeln. McDonnell Douglas war 1976 Pionier des F/A-18-Kompositflügels und wurde 1982 in Dienst gestellt, wodurch die Verwendung von Verbundwerkstoffen auf 13 Prozent gesteigert wurde. Seitdem bestehen die Flügel von Militärflugzeugen, die von verschiedenen Ländern entwickelt wurden, fast alle aus Verbundwerkstoffen. Beispiel: AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35 der Vereinigten Staaten, Rafale aus Frankreich, JAS-39 aus Schweden, Taifun, das von vier europäischen Ländern gemeinsam entwickelt wurde, S-37 aus Russland und so weiter.
Derzeit,Die Menge an Verbundwerkstoffen in den fortschrittlichsten Militärflugzeugen der Welt macht 20 Prozent -50 Prozent des Gewichts der gesamten Flugzeugstruktur aus. Die Hauptteile von Verbundwerkstoffen umfassen Verkleidung, flaches Heck, vertikales Heck, flache Heckbox, Flügel, vorderer Rumpf und so weiter. Wenn Verbundwerkstoffe etwa 50 Prozent des Gesamtgewichts des Flugzeugs ausmachen, bestehen die meisten Strukturteile des Flugzeugs aus Verbundwerkstoffen, wie z. B. der Stealth-Bomber B-2.
2020,Das Verhältnis des Kohlefaserbedarfs im Luft- und Raumfahrtbereich zum Kohlefaserbedarf im Luft- und Raumfahrtbereich beträgt 1,80 Prozent. Die Nachfragebasis ist klein, aber die Nachfrage nach hoher Leistung ist groß, und die Anwendung ist weit verbreitet. Gleichzeitig wird erwartet, dass mit der rasanten Entwicklung von Chinas strategischen Langstreckenwaffen das Anwendungsverhältnis von Kohlefaserverbundwerkstoffen erweitert wird.
Wellenabsorbierende Tarnung:Gewöhnliche Kohlefaser ist ein Reflektor elektromagnetischer Wellen und hat keine wellenabsorbierende Funktion, durch die Oberflächenmodifikation von Kohlefaser (z. B. Vernickeln, Beschichten mit Siliziumkarbidbeschichtung usw.), die Entwicklung neuer Kohlefasern ( wie Kohlefaser mit speziellem Querschnitt, spiralförmige Kohlefaser, poröse Kohlefaser, Kohlenstoff-Nanoröhren usw.), kann ihre elektromagnetische Leistung erheblich verbessern.
Spezielle Kohlefaser wird zur Herstellung von Stealth-Flugzeugen verwendet, wie z. B. der Tarnkappenbomber B-2, dessen gesamter Rumpf aus Kohlefaser-Verbundstoff besteht, mit Ausnahme von Titan-Verbundstoff im Hauptträger und im Motorraum. Der CFK-Anteil des amerikanischen Stealth-Kampfflugzeugs F-22 beträgt bis zu 24 Prozent und der Verbundwerkstoffanteil des britischen Typhoon-Kampfflugzeugs beträgt bis zu 40 Prozent. Der strukturelle Kohlefaser-absorbierende Verbundwerkstoff ist eine wichtige Entwicklungsrichtung von Radar-Stealth-Materialien, die die strukturellen Vorteile von geringem Gewicht und hoher Festigkeit und Absorptionseigenschaft von Verbundwerkstoffen kombiniert. Absorptionsmaterial aus Kohlefaser ist ein ausgezeichnetes Absorptionsmaterial, das Funktion und Struktur integriert. Mit der Verbesserung und Verbesserung von Stealth-Strukturmaterialien wird die Nachfrage nach Kohlefaserverbundwerkstoffen weiter steigen.
Vor der vierten Generation chinesischer Flugzeuge beschränkte sich der Anwendungsbereich von Verbundwerkstoffen auf Heckflügel, Entenflügel und andere sekundäre tragende Strukturen, der Anteil beträgt weniger als 10 Prozent, die Dosierung von Verbundwerkstoffen für Flugzeuge der vierten Generation hat deutlich gemacht Durchbruch erreicht die Verbundmaterialdosierung etwa 20 Prozent der gesamten Maschinenstruktur.
Nach fast 40 Jahren Entwicklung wurden fortschrittliche Verbundwerkstoffe auf Harzbasis für Militärflugzeuge von nicht tragenden Komponenten zu sekundären und haupttragenden Komponenten entwickelt und können eine erhebliche Gewichtsreduzierung von 20 bis 30 Prozent erreichen. In Bezug auf den Verbrauch liegt die Menge an Verbundwerkstoffen, die in modernen Militärflugzeugen verwendet werden, derzeit bei über 30 Prozent, und der Anteil wird in Zukunft stabil bleiben. Bei der Herstellung von Militärflugzeugen können Verbundmaterialien auf Harzbasis verwendet werden, um Radome, Flügel, Rumpf, Canard, flaches Heck und Triebwerksaußenbereiche von Kampfflugzeugen herzustellen.
Das F-35 selbst wird unter starker Verwendung von hochfesten Kohlefaserverbundwerkstoffen gebaut. Insbesondere Kohlefaserverbundwerkstoffe werden kreativ in Haut-, Flügelstruktur- und Karosseriestrukturkomponenten eingesetzt. Seine Kohlefaserverbundwerkstoffe machen bereits ein Viertel des Gesamtgewichts des Flugzeugs und ein Drittel des Flügels aus. Kohlefaser ist wohl der größte Gewichtsverlustfaktor im F-35.
Der Körper des Stealth-Jets ist mit einem radarabsorbierenden Material (RAM) bedeckt, wie z. B. beim B-2 Sprite oder F117 Nighthawk, das elektromagnetische Wellen in Wärme umwandeln soll. RAM verliert seine Integrität unter Hitze, Feuchtigkeit und Reibung.
Das Forschungs- und Entwicklungsteam der North Carolina State University entwickelte eine Hülle aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundpolymer (CFK), um Probleme zu lösen, die durch RAM-Beschränkungen verursacht wurden, und wurde im Stealth-Bomber B-21 verwendet. Der Verbundstoff wird durch Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) verbessert, die stark und leicht sind und Temperaturen von über 1800 Grad standhalten und dazu beitragen, einfallende elektromagnetische Energie zu leiten.
Tests haben gezeigt, dass das neue Verbundmaterial einen extrem niedrigen Emissionsgrad hat, fast nicht nachweisbar ist und mehr als 90 % der elektromagnetischen Wellen absorbieren kann, verglichen mit den 70-80 % des RAM, die derzeit in Stealth-Flugzeugen verwendet werden. Das neue Material wird auf das Flugzeug gesprüht und ist 3 mm dick.
Die Flügel der J-11-Serie und Chengfeis J-10- und J-20-Serie bestehen aus Kohlefaser-Verbundwerkstoffen. Chinas Luftfahrtindustrie hat in den letzten 20 Jahren viel erfolgreiche Erfahrung in der Herstellung von kohlefaserlaminierten Teilen gesammelt.
Für China wurde das J-20-Flugzeug Ende der 1990er Jahre entwickelt und Ende 2010 mit dem Testflug begonnen, was ihm einen technologischen Vorteil als Nachzügler verschafft. Die Canard-Flügel des J-20-Vorgängers, des J-10, bestehen vollständig aus kohlefaserverstärkten Bismaleimid-Harz-Verbundwerkstoffen, die eine viel geringere Radarsignatur als Metallmaterialien haben und sogar noch mehr sein können heimlich, indem andere heimliche Materialien in die Harzmatrix dotiert werden. Der Entenflügel des J-20 wird auch nachfolgende Forschungsergebnisse nutzen, während das ebenfalls teilweise metallische Höhenleitwerk des F-22 nicht unbedingt unauffälliger ist. Darüber hinaus ist der Canard-Flügel des J -20 nach oben und der Flügel nach unten umgekehrt, sodass die von der Vorderkante des Canards reflektierten Radarwellen nicht weiter zur Vorderkante des Hauptflügels ausstrahlen und bilden eine Sekundärreflexion, was ebenfalls ein günstiger Faktor für die Tarnung ist.
