Como nueva tecnología de materiales, el material compuesto se ha utilizado ampliamente en aviones militares.
En los años 1960,Los materiales compuestos reforzados con fibra de vidrio comenzaron a usarse por primera vez en carenados de aviones, flaperones. En este momento, las propiedades mecánicas de los materiales compuestos son relativamente bajas y las piezas de aeronaves hechas de materiales compuestos son pequeñas en tamaño y nivel de fuerza.
A fines de la década de 1960,Los compuestos de fibra de boro/epoxi comenzaron a utilizarse en estructuras de aeronaves. Por ejemplo, el F-14 comenzó a aplicar compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de boro a la cola plana en 1971.
A mediados-1970s,nació un material compuesto de alto rendimiento con fibra de carbono como refuerzo, que abrió la aplicación a gran escala de materiales compuestos en aviones. Los compuestos reforzados con fibra de carbono con excelente resistencia específica alta, módulo específico alto, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga son muy adecuados para los requisitos de los equipos de aviación. Los materiales compuestos reforzados con fibra de carbono se utilizan gradualmente en la cola vertical y la cola plana de aviones militares con grandes fuerzas y grandes tamaños, como la cola compuesta y la cola vertical de F-15, F-16, Mig{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 y otros aviones. Desde la década de 1970, las aletas traseras de los aviones militares extranjeros han utilizado materiales compuestos. La cola plana y la cola vertical hechas de materiales compuestos generalmente representan el 5 por ciento -7 por ciento del peso estructural total de la aeronave.
Después de que la aleta caudal entrara en la era de los materiales compuestos,la aplicación de materiales compuestos comenzó a desarrollarse en las alas, el fuselaje y otros componentes principales de aeronaves militares con grandes fuerzas estructurales y grandes tamaños. McDonnell Douglas fue pionera en el ala compuesta F/A-18 en 1976 y entró en servicio en 1982, aumentando el uso de compuestos al 13 por ciento. Desde entonces, las alas de los aviones militares desarrollados por varios países están casi todas hechas de materiales compuestos. Por ejemplo, AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35 de los Estados Unidos, Rafale de Francia, JAS-39 de Suecia, Typhoon desarrollado conjuntamente por cuatro países europeos, S-37 de Rusia, etc.
Actualmente,la cantidad de materiales compuestos en los aviones militares avanzados del mundo representa el 20 por ciento -50 por ciento del peso de toda la estructura del avión. Las partes principales de los materiales compuestos incluyen carenado, cola plana, cola vertical, caja de cola plana, ala, fuselaje delantero, etc. Si los materiales compuestos representan alrededor del 50 por ciento del peso total de la aeronave, entonces la mayoría de las partes estructurales de la aeronave están hechas de materiales compuestos, como el bombardero furtivo B-2.
En 2020,la relación entre la demanda de fibra de carbono en el campo aeroespacial y la demanda de fibra de carbono en el campo aeroespacial es del 1,80 por ciento. La base de demanda es pequeña, pero la demanda de alto rendimiento es fuerte y la aplicación se usa ampliamente. Al mismo tiempo, con el rápido desarrollo de armas estratégicas de largo alcance de China, se espera que amplíe la proporción de aplicación de compuestos de fibra de carbono.
Sigilo que absorbe las olas:La fibra de carbono ordinaria es un reflector de ondas electromagnéticas y no tiene una función de absorción de ondas, a través de la modificación de la superficie de la fibra de carbono (como niquelado, recubierto con revestimiento de carburo de silicio, etc.), el desarrollo de nueva fibra de carbono ( como fibra de carbono de sección especial, fibra de carbono en espiral, fibra de carbono porosa, nanotubos de carbono, etc.), puede mejorar significativamente su rendimiento electromagnético.
La fibra de carbono especial se usa para fabricar aviones furtivos, como el bombardero furtivo B-2, cuyo fuselaje completo está hecho de compuesto de fibra de carbono, excepto el compuesto de titanio en la viga principal y el compartimiento del motor. La cantidad de CFRP utilizada por el avión de combate furtivo estadounidense F-22 es de hasta el 24 por ciento, y la cantidad de material compuesto utilizado por el avión de combate británico Typhoon es de hasta el 40 por ciento. El compuesto absorbente de fibra de carbono estructural es una dirección de desarrollo importante de los materiales sigilosos de radar, que combina las ventajas estructurales del peso ligero y la alta resistencia y la propiedad absorbente del compuesto. El material absorbente de fibra de carbono es un excelente material absorbente que integra función y estructura. Con la mejora y mejora de los materiales estructurales sigilosos, la demanda de material compuesto de fibra de carbono seguirá creciendo.
Antes de la cuarta generación de aviones chinos, el ámbito de aplicación de los materiales compuestos se limita al ala trasera, el ala de pato y otras estructuras de carga secundarias, la proporción es inferior al 10 por ciento, la dosis de material compuesto de aviones de cuarta generación ha hecho un obvio gran avance, la dosis de material compuesto alcanza aproximadamente el 20 por ciento de toda la estructura de la máquina.
Después de casi 40 años de desarrollo, se han desarrollado compuestos avanzados a base de resina para aeronaves militares desde componentes que no soportan carga hasta componentes de carga principales y secundarios y pueden lograr una reducción de peso significativa del 20 al 30 por ciento. En términos de consumo, la cantidad de materiales compuestos utilizados en aviones militares avanzados ha superado el 30 por ciento en la actualidad y la proporción se mantendrá estable en el futuro. En la fabricación de aviones militares, los materiales compuestos a base de resina se pueden utilizar para fabricar radomos, alas, fuselajes, canards, colas planas y partes exteriores de motores de aviones de combate.
El F-35 en sí está construido con un uso intensivo de compuestos de fibra de carbono de alta resistencia. En particular, los compuestos de fibra de carbono se utilizan de forma creativa en la piel, la estructura del ala y los componentes de la estructura de la carrocería. Sus compuestos de fibra de carbono ya representan una cuarta parte del peso total de la aeronave y una tercera parte del ala. Podría decirse que la fibra de carbono es el mayor factor de pérdida de peso en la F-35.
El cuerpo del jet furtivo está cubierto con un material absorbente de radar (RAM), como el B-2 Sprite o el F117 Nighthawk, que está diseñado para convertir las ondas electromagnéticas en calor. La RAM pierde su integridad bajo el calor, la humedad y la fricción.
El equipo de investigación y desarrollo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte desarrolló una piel de polímero compuesto reforzado con fibra de carbono (CFRP) para resolver los problemas causados por las limitaciones de RAM y se utilizó en el bombardero furtivo B-21. El compuesto está mejorado con nanotubos de carbono (CNT), que son fuertes y livianos y pueden soportar temperaturas superiores a 1800 grados y ayudan a conducir la energía electromagnética entrante.
Las pruebas han demostrado que el nuevo material compuesto tiene una emisividad extremadamente baja, es casi indetectable y puede absorber más del 90 por ciento de las ondas electromagnéticas, en comparación con el 70-80 por ciento de RAM que se usa actualmente en los aviones furtivos. El nuevo material se rociará sobre el avión y tendrá un espesor de 3 mm.
Las alas de la serie J-11 y las series J-10 y J-20 de Chengfei están hechas de materiales compuestos de fibra de carbono. La industria de la aviación de China tiene mucha experiencia exitosa en la fabricación de piezas laminadas de fibra de carbono en los últimos 20 años.
Para China, el avión J-20 se desarrolló a fines de la década de 1990 y su vuelo de prueba comenzó a fines de 2010, lo que le otorga una ventaja tecnológica como motor tardío. Las alas canard del predecesor del J-20, el J-10, están hechas completamente de compuestos de resina de bismaleimida reforzados con fibra de carbono, que tienen una firma de radar mucho más pequeña que los materiales metálicos y pueden ser incluso más sigiloso dopando otros materiales sigilosos en la matriz de resina. El ala canard del J-20 también utilizará los resultados de investigaciones posteriores, mientras que el estabilizador horizontal del F-22, que también es parcialmente metálico, no es necesariamente más sigiloso. Además, el ala canard del J-20 está invertida hacia arriba y el ala está invertida hacia abajo, por lo que las ondas de radar reflejadas por el borde de ataque del canard no seguirán radiando hacia el borde de ataque del ala principal y formar un reflejo secundario, que también es un factor favorable para el sigilo.
