Download - Aplicatii Fibre Carbon
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
1/31
APLIC II ALE MATERIALELOR COMPOZITEȚPOLIMERICE PE BAZA DE FIBRE DE CARBON ÎN
INDUSTRIA AERONAUTICĂ, TEHNICA SPA IALĂ IȚ ȘTEHNICA MILITARĂ
Prof. univ. dr. ing.Prof. univ. dr. ing. HHoraoraţiu IANCĂUţiu IANCĂU
05/15/16
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
2/31
INTRODUCERE
• Materialele compozite aa!"ate au on!tituit "reou"area #a$or% &n
eretare &n ulti#ele "atru deade ale !eolului treut i "'n% &n "re(ent)ș
• Ae!tea !unt r%*ini e"o+idie ar#ate u fi,re de Si- B- C, are au den!itatea!u, g/d#)
• Materialele onven ionale- inlu('nd !tila- #aterialele era#ie i #etaleleț șau fo!t !tudiate i "u!e &n valoare &n a"lia iile #aterialelor o#"oș ț (ite)
• Ca #aterial de ar#are !au #atrie "entru ae!te #ateriale- ca#$o!%& !adovedit a fi el #ai de !ue!)
• Configura ia ato#i% i 2i#i% aț ș ca#$o!%&%i &i dau ae!tuia fle+i,ilitate"entru a fae "o!i,il% "roduerea #aterialelor o#"o(ite &ntro #are varietate
de for#e i "ro"rietș
% iț
)• Cu !u"rafa a ao"erit%- neao"erit% ori #odifiat%-ț 'i$#e&e (e ca#$o! !untfolo!ite "entru a ar#a "oli#erii- #etalele i #aterialele era#ie.ș
05/15/16
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
3/31
05/15/16
Fig.1 Tendințe privind utilizarea fibrelor de carbon
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
4/31
05/15/16 3
Fig. 2 Principalele domenii de utilizare ale fibrelor de carbon
Nu există practic nici un domeniu în care
materialele compozite să nu aibă
aplicabilitate:
• electrotehnică,
• electronică,
• construcţii civile,
• transporturi rutiere,
• transporturi feroviare,
• transporturi navale,
• transport pe cablu,
• transport aerian şi spaţial,
• sport şi agrement, etc.
PRINCIPA!! "#$!NII "! %TII&AR!
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
5/31
Ap&ica ii )! i!(%"t#ia (eța%toe*ico&e
Fi+ - Mo!opo"t ma.i!/ (e c%#"e LE MANS
05/15/16 5
Fi+ 0 A%tot%#i"m%& Co#ette C*e#o&et 1230
•!"# $ caroseria Corvette Chevrolet este realizată integral din compozit sticlă%epoxid&•!'( $ )antele autoturismului Citroen SM* sunt realizate tot din sticlă%epoxid&•!+ % Renault fabrică pentru modelul -" bara de protecţie din sticlă%epoxid&
•!( % este construit primul asiu din fibră de carbon%/evlar de 0ohn 1arnard, inginer laechipa de Formula 1 McLaren.•22 % la 3alonul 4uto de la 5eneva a fost prezentat noul Lamborghini Aventador , cu
şasiu şi suspensii din fibră de carbon realizate prin procedeul RTM, dezvoltat împreună cu
Boeing şi cu Universitatea din Washington
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
6/31
Materialele o#"o(ite au fo!t introdu!e "rogre!iv &n on!truţiaautove2iulelor- volu#ul atual de utili(are fiind deo!e,it de #are.
Fi+ 3 Compo!e!te a&e %!%i a%toe*ic%& FORD #ea&izate (i!
mate#ia&e compozite05/15/16 6
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
7/31
4n 00 Maren Merede! on!truie*te "ri#a ca#o"e#ie i!te+#a&/(i! 'i$#/ (e ca#$o! "entru autoturi!#ul de !erie 7 MlarenMerede!
Fig. 6 Autoturismul SLR Mc LarenMercedes
Fig. 7 Caroseria autoturismul SLR McLaren Mercedes
05/15/16 8
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
8/31
Fi+ 4 Mo!opo"t F1 #ea&izat &a !oi )! a#/ (%p/ 1225 ț
În imaginea din dreapta se observă elementele realizate din materialecompozite cu carbon.
05/15/16 9
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
9/31
Ap&ica ii ae#o"pa ia&eț ț A$uta$ele ra2etelor !"ațiale- reali(atedin #ateriale o#"o(ite- re(i!t% late#"eraturi de "e!te 1555 oC i faș
fa % u !ue! a"lia iei &n au(%.ț ț
Fi+ 2 F#a+me!te (i! !aeta ae#o"pa6ia&/Co&%m$ia
05/15/16
Fi+ 15 A7%ta7e a&e #ac*ete&o#
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
10/31
05/15/16 10
•6odulul lunar al navetei spaţiale Apollo 11 era circa +" 7 din compozitepolimerice&
•Naveta spaţială "i'cover( avea (+ 7 structuri compozite carbon)epo*id, iarscutul termic era o structură tip sand8ich pe bază de compozite ceramice.
Fi+ 11 Naeta "pa ia&/ Di"coe#8ț Fi+ 19 Naeta "pa ia&/țApo&&o 11
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
11/31
Naveta aerospaţială NASA :UA; utili(ea(% garnituri din
o#"o(it C:C- Si:Si *i "ie!e!truturale $o#;a&%mi!i%.. unt !e"arate "rin=• Perete aliaj uşor !au stratificatbor – aluminiu;
• sandwich din fetru şi naylonneinflamabil :!ilion ti" fagure;
Fi+ 10 Compo!e!te compozite a&e !aeteiae#o"pa6ia&e NASA05/15/16 11
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
12/31
Navetele Hermes au masa netă de +,-t.
9zolaia cu ;igle< este înlocuită cu piesecompozite C/C, C/0iC i 0iC/0iC.
3cutul termic trebuie să reziste la cel
puţin3
de aterizări.
Fig. 14 0tructuri compozite la
naveta 'paial5 european5 6!R$!0
05/15/16 1
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
13/31
4n a(ul elio"terelor- cadena de implementare a materialelorcompozite este mai ridicată *i ou"% "roenta$e #ai i#"ortante de't
&n a(ul avioanelor.
Fi+ 13 Compo!e!te a&e e&icopte#%&%i Ae#o"pa6ia&e #ea&izate (i!mate#ia&e compozite
05/15/16 1
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
14/31
Fi+ 1< St#%ct%#a i!te#!/ a %!ei pa&e (i! mate#ia&e compozite05/15/16 13
=ala elicei de elicopter este o structură
deosebit de complexă ce conine o
multitudin de subansambluri compozite $
straturi din fibre de carbon, 'ticl5 , structuri
tip fagure, etc, funcie de solicitările la careeste supusă.
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
15/31
Avionul Airbu' A +3
% este cel mai mare avion de pasageri şi
primul avion de mare capacitate cu două
punţi complete pentru pasageri&
% avionul este cvadrimotor şi oferă
zboruri lung%curier de p>nă la "2 /m&
%p>nă la primul zbor, care a avut loc pe2+ aprilie 2", dezvoltarea avionului a
costat de euro&
%2- 7 din avion este făcut din materiale
compozite, precum fibra de carbon&
% se folosesc şi alia)e de aluminiu care
pot fi sudate, elimin>nd necesitatea
utilizării niturilor.
Fig. 18 %tilizarea $C 9n 'tructura avionului A+305/15/16 15
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
16/31
:oeing 8+8 "reamliner
• este un avion de pasageri ultramodern bimotor lung%curier de mare capacitate, cu două culoare?8idebod@&
• este primul avion de pa'ageri con'truit 9n principal din materiale compozite, pe'te -37,asigur>nd economie mai mare de combu'tibil şi co'turi mai redu'e de 9ntreinere.
Fig. 1+ %tilizarea compozitelor la :oeing 8+805/15/16 16
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
17/31
Fig.1; %tilizarea compozitelor la :oeing 8+8 pe diferite procedee de
obinere05/15/16 18
:oeing 8+8 "reamliner
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
18/31
05/15/16 19
Aplicații militareA aplicaţie importantă a utilizării tuburilor din materiale compozite de !naltă
performan"ă este confecţionarea fusela)elor rachelor balistice în domeniul militar.
Fig. 23 Rac
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
19/31
Bom$a#(ie#%& B;14
• utili(ea(% un nu#%r #are de o#"onente ale !truturii reali(ate din#ateriale o#"o(ite lonjeroanele din spate- uşa gondolei armamentului *i flapsurile;
• toate ae!te #ateriale- inlu!iv ade(ivii- !unt t#atate te#mic &a 1?3
C@• ae!te o#"onente inlud stratificatele! structuri "n fagure precum *i structuri sandwich #plăci compozite cu miez de aluminiu$.
Fig. 21Componente ale bombardierului :)1+ realizate din materialecompozite
05/15/16 1>
Aio!%& F 14
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
20/31
Aio!%& F;14• 10-? din greutatea !a *i mai m%&t (e 35 (i! "%p#a'a6a "a "%!t#ea&izate (i! compozite a#mate c% 'i$#e (e ca#$o!@• #aterialele !unt &ndeo!e,i folo!ite "entru "nvelişul aripilor! suprafeelede comandă de pe aripă şi ampenaje! fr%na aerodinamică - 't *i "entru
prelungirea bordului de atac;• &nveli*urile ari"ilor !unt reali(ate din p&/ci "t#ati'icate a %ror gro!i#evaria(% de la ,a(% !"re v'rf av'nd gro!i#ea #ini#% de ##.
Fig. 22 Avionul F)1+
05/15/16 0
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
21/31
05/15/16 1
4eronave ca 5rumman B%2!C sau 3uhoi 3u%D+ 1er/ut, nu ar fi putut fi posibile fără
materialele compozite care să prevină deformarea capetelor de plan la viteze mari.
Fig. 2 a Avionul =rumman >)2; :er?ut Fig. 24 b Avionul 0u
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
22/31
05/15/16
=rima componentă importantă folosită la construcţia unui avion militar din material
compozit a fost stabilizatorul avionului 5rumman ED *omcat, realizat din compozit
pe bază de fibr5 de bor.
Fig. 2- Avionul =rumman F)14Tomcat
Fa nivelul anului !( avionul cu decolare scurtă şi aterizare verticală 1ritish
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
23/31
05/15/16
Fa nivelul anului !(, avionul cu decolare scurtă şi aterizare verticală 1ritish
4erospace 6cGonnell Gouglas 4H%(1 Iarrier 99, avea de)a 2-7 din structura sa dinmaterialecompozite.
Fig. 2@ Avionul cu decolare 'curt5 i aterizare vertical5 :riti'< Aero'pace $c"onnell"ougla' A)+: 6arrier II
4proximativ o treime din structura avionului de luptă american F)22 Raptor este realizată
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
24/31
05/15/16 3
4proximativ o treime din structura avionului de luptă american F)22 Raptor este realizatădin materiale compozite.
Fig. 28 Avionul de atac F)22 Raptor
Avionul $i=)2; % în construcţia acestuia s%au folosit:
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
25/31
05/15/16 5
Avionul $i=)2; % în construcţia acestuia s%au folosit:• materiale compozite pe bază de fibre de carbon, aproximativ +7 din masă ?învelişuri,
derive, stabilizatoare, suprafeţe de comandăC&•alia)e aluminiu%litiu ?în construcţia fuzela)ului centralC.
Fig. 2+ Avionul de atac $i?oian =urevici $I= 2;
A altă utilizare a materialelor compozite în aeronautică este bombardierul invizibil
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
26/31
05/15/16 6
A altă utilizare a materialelor compozite în aeronautică este bombardierul invizibilNort
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
27/31
05/15/16 8
Aeronava )22, cu decolare verticală şi dublu rol % avion şi elicopter% are fusela)ul realizat din compozite, contribuind la o reducere a greutăţii cuaproximativ -37.
Fig .3 Aeronava )22 cu decolare vertical5 i dublu rol
DRONELE !au ar#ele viitorului- ,a(ate &n #are #%!ur% "e #ateriale
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
28/31
05/15/16 9
o#"o(ite "erfor#ante- !unt #inia"arate de (,or dotate u te2nologie dev'rf i folo!ite &n !o"uri de !"iona$.ș
Fig. 1 Armele
viitoruluiB"R#N!
Noul 6umvee, cel mai nou proiect al G4-=4 ?4genia pentru =roiecte de Jercetare 4vansatăd 4 ă = t l iC î l d '+ "( d l i
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
29/31
05/15/16 >
de 4părare a =entagonuluiC, în valoare de '+."(. dolari:%blinda)ul din materiale compozite asigură protecia celor patru soldai complet echipai i
tehnica de luptă din dotare&%datorită proporiei mari de materiale compozite folosite?uoareC, se poate transforma în
elicopter la acionarea unui singur buton, lu>ndui zborul.
Fig. 2 Noul 6umvee , autoturi'm de teren Di aeronav5
=entru protecia personalului militar aflat în teatrele de operaii de pe mapamond, au
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
30/31
05/15/16 0
5reutate $ , + /g?cu dispozitivele de fixareC
5reutate:
•
vesta $ D,( /g&•plăci ceramică $ 2K#,+/g L +,D /g
Gimensiuni plăci ceramice?mmC: #K2"K2
#reutate totală echipament$ %&' (g
Fig. Ca'c5 individual din ?evlar Fig.4 e't5 antiglonț cu pl5ci ceramice
fost proiectate echipamente din composite de înaltă performană, cum ar fi Eevlarul imaterialele ceramice.
Alte aplicații
-
8/17/2019 Aplicatii Fibre Carbon
31/31
05/15/16 1
Alte aplicații•aentralele eoliene sunt de asemenea construite din materiale compozite pe bază defibre de sticlă.•at>t palele centralei eoliene c>t si st>lpul central de susţinere sunt confecţionate din
aceste materiale care• înlocuiesc cu succes materialele metalice
Fig. - Alte aplicațiia Centrale eoliene b Ambarcațiuni, c #pere de art5, RG= 3-H