В качестве новой технологии материалов композитный материал широко используется в военных самолетах.
В 1960-х годахКомпозитные материалы, армированные стекловолокном, впервые стали применяться в обтекателях самолетов, флаперонах. В настоящее время механические свойства композиционных материалов относительно невысоки, а детали летательных аппаратов из композиционных материалов имеют малые размеры и силовой уровень.
В конце 1960-х гг.композиты борное волокно / эпоксидная смола начали использоваться в конструкциях самолетов. Например, в 1971 году компания F-14 начала применять композиты на основе эпоксидной смолы, армированной борным волокном, для плоской хвостовой части.
В середине-1970 с.родился высокоэффективный композитный материал с углеродным волокном в качестве армирования, что открыло широкомасштабное применение композитных материалов в самолетах. Композиты, армированные углеродным волокном, с превосходной удельной прочностью, высоким удельным модулем, коррозионной стойкостью и сопротивлением усталости очень подходят для требований к авиационному оборудованию. Композитные материалы, армированные углеродным волокном, постепенно используются в вертикальном оперении и плоском оперении военных самолетов с большими усилиями и большими размерами, таких как композитное оперение и вертикальное оперение F-15, F-16, МиГ{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 и другие самолеты. С 1970-х годов во всех хвостовых оперениях иностранных военных самолетов использовались композитные материалы. Плоское оперение и вертикальное оперение из композитных материалов обычно составляют 5% -7% от общего веса конструкции самолета.
После того, как хвостовой плавник вступил в эпоху композитных материалов,применение композиционных материалов стало развиваться для крыльев, фюзеляжа и других основных узлов военных самолетов с большими конструктивными усилиями и большими размерами. Компания McDonnell Douglas первой изобрела композитное крыло F/A-18 в 1976 году и поступила на вооружение в 1982 году, увеличив использование композита до 13 процентов. С тех пор крылья военных самолетов, разработанных разными странами, почти все изготавливаются из композиционных материалов. Например, AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35 США, Rafale из Франции, JAS-39 из Швеции, Typhoon, совместно разработанный четырьмя европейскими странами, S-37 из России и так далее.
В настоящий момент,количество композиционных материалов в передовых военных самолетах мира составляет 20 процентов -50 процентов от веса всей конструкции самолета. Основные детали из композитных материалов включают обтекатель, плоское оперение, вертикальное оперение, плоское хвостовое оперение, крыло, переднюю часть фюзеляжа и так далее. Если композиционные материалы составляют около 50 процентов от общей массы самолета, то большая часть конструктивных элементов самолета выполнена из композиционных материалов, как, например, бомбардировщик-невидимка B{3}}.
В 2020 годуотношение спроса на углеродное волокно в аэрокосмической области к спросу на углеродное волокно в аэрокосмической области составляет 1,80 процента. База спроса невелика, но спрос на высокую производительность высок, и приложение широко используется. В то же время, с быстрым развитием стратегического оружия большой дальности в Китае, ожидается, что коэффициент применения композитов из углеродного волокна расширится.
Волнопоглощающий стелс:обычное углеродное волокно является отражателем электромагнитных волн и не имеет функции поглощения волн за счет модификации поверхности углеродного волокна (например, никелирование, покрытие карбидом кремния и т. д.), разработка нового углеродного волокна ( такие как углеродное волокно специального сечения, спиральное углеродное волокно, пористое углеродное волокно, углеродные нанотрубки и т. д.), могут значительно улучшить свои электромагнитные характеристики.
Специальное углеродное волокно используется для изготовления самолетов-невидимок, таких как бомбардировщик-невидимка B-2, весь фюзеляж которого сделан из композитного углеродного волокна, за исключением титанового композита в главной балке и моторном отсеке. Количество углепластика, используемого американским истребителем-невидимкой F-22, составляет до 24 процентов, а количество композитного материала, используемого британским истребителем Typhoon, составляет до 40 процентов. Конструкционный поглощающий композит из углеродного волокна является важным направлением развития радиолокационных материалов, которые сочетают в себе структурные преимущества легкого веса и высокой прочности и поглощающих свойств композита. Абсорбирующий материал из углеродного волокна является превосходным абсорбирующим материалом, сочетающим в себе функцию и структуру. С усовершенствованием и улучшением конструкционных материалов-невидимок спрос на композитный материал из углеродного волокна будет продолжать расти.
До четвертого поколения китайских самолетов область применения композитных материалов ограничивалась хвостовым крылом, утиным крылом и другими вторичными несущими конструкциями, доля которых составляла менее 10 процентов, дозировка композитного материала для самолетов четвертого поколения сделала очевидным прорыв, дозировка композитного материала достигает около 20 процентов от всей конструкции машины.
После почти 40 лет разработки передовые композиты на основе смол для военных самолетов были разработаны от ненесущих компонентов до вторичных и основных несущих компонентов и могут обеспечить значительное снижение веса на 20-30 процентов. С точки зрения потребления, количество композиционных материалов, используемых в передовых военных самолетах, в настоящее время превысило 30 процентов, и эта пропорция будет стабильной в будущем. При изготовлении военных самолетов композиционные материалы на основе смолы могут быть использованы для изготовления обтекателя, крыла, фюзеляжа, утка, хвостового оперения и обшивки двигателя боевых самолетов.
Сам F-35 построен с использованием высокопрочных композитов из углеродного волокна. В частности, композиты из углеродного волокна творчески используются в обшивке, конструкции крыла и элементах конструкции кузова. Углеродные композиты уже составляют четверть общего веса самолета и треть веса крыла. Углеродное волокно, возможно, является самым большим фактором потери веса в F-35.
Корпус реактивного самолета-невидимки покрыт радиопоглощающим материалом (RAM), таким как B-2 Sprite или F117 Nighthawk, который предназначен для преобразования электромагнитных волн в тепло. ОЗУ теряет свою целостность под воздействием тепла, влаги и трения.
Группа исследований и разработок Университета штата Северная Каролина разработала обшивку из композитного полимера (CFRP), армированного углеродным волокном, для решения проблем, вызванных ограничениями оперативной памяти, и использовалась в бомбардировщике-невидимке B-21. Композит усилен углеродными нанотрубками (УНТ), которые прочны и легки, могут выдерживать температуры свыше 1800 градусов и помогают проводить поступающую электромагнитную энергию.
Испытания показали, что новый композитный материал имеет чрезвычайно низкий коэффициент излучения, почти незаметен и может поглощать более 90 процентов электромагнитных волн по сравнению с 70-80 процентами RAM, используемыми в настоящее время в самолетах-невидимках. Новый материал будет напыляться на самолет и будет иметь толщину 3 мм.
Крылья самолетов серии J-11 и самолетов Chengfei серий J-10 и J-20 изготовлены из композитных материалов из углеродного волокна. Авиационная промышленность Китая имеет большой успешный опыт производства деталей из ламинированного углеродного волокна за последние 20 лет.
Для Китая самолет J-20 был разработан в конце 1990-х годов, а его испытательный полет начался в конце 2010 года, что дало ему технологическое преимущество в качестве поздней модели. Крылья утки предшественника J-20, J-10, полностью изготовлены из композитных материалов на основе бисмалеимидной смолы, армированных углеродным волокном, которые имеют гораздо меньшую радиолокационную заметность, чем металлические материалы, и могут быть даже более скрытность путем легирования других скрытых материалов в матрицу смолы. Крыло-утка J-20 также будет использовать результаты последующих исследований, в то время как горизонтальный стабилизатор F-22, который также частично металлический, не обязательно будет более малозаметным. Кроме того, крыло утка J-20 перевернуто вверх, а крыло перевернуто вниз, поэтому радиолокационные волны, отраженные передней кромкой переднего крыла, не будут продолжать излучаться на переднюю кромку основного крыла и образуют вторичное отражение, что также является благоприятным фактором для скрытности.
