Композитные материалы из углеродного волокна для снижения веса самолетов 

В авиационном секторе полимер, армированный углеродным волокном (CFRP), производимый китайской компанией BeiHai Fibreglass, стал незаменимым материалом для повышения топливной экономичности за счет снижения веса самолета.
Область его применения простирается от основных конструктивных элементов, таких как крылья и фюзеляжи, до второстепенных конструктивных элементов, включая сиденья и панели пола.
В будущем также планируется найти новые применения в компонентах двигателя.

Производство многих компонентов из углепластика (CFRP), армированного углеродным волокном, уже частично автоматизировано. Препреги, обычно изготавливаемые из эпоксидной смолы, армированной волокном, имеют слоистую структуру и ориентированы таким образом, чтобы формировать индивидуальные слои. Затем они отверждаются под давлением и при высоких температурах в автоклаве – это энергоемкий, трудоемкий и дорогостоящий процесс. Компания Fraunhofer IPT изучает возможность дальнейшей автоматизации производства углепластиковых лопаток, чтобы сделать их более экономичными.

В авиационной промышленности полимер, армированный углеродным волокном (углепластик), стал незаменимым материалом для повышения топливной экономичности за счет снижения веса самолета.
Область его применения простирается от основных конструктивных элементов, таких как крылья и фюзеляжи, до второстепенных конструктивных элементов, таких как сиденья и панели пола, а в будущем – до новых применений, включая компоненты двигателя.
Ниже приведен пример применения направляющих лопаток двигателя.

Первая в мире направляющая лопатка двигателя
Применяемые в конструкциях направляющих лопаток двигателей коммерческих самолетов
В конструктивных элементах вентилятора двигателя PW1100G-JM для нового самолета Airbus A320neo используется среднемодульное углеродное волокно на основе PAN. PW1100G-JM – это двигатель для гражданских самолетов, разработанный в рамках международного сотрудничества компанией International Aero Engines LLC (IAE LLC), консорциумом, образованным Pratt & Whitney (США), MTU Aero Engines AG (Германия) и Японским консорциумом авиационных двигателей (JAEC). Это первое в мире применение композитных материалов для изготовления направляющих лопаток, которые расположены внутри вентилятора и обеспечивают подачу воздуха в переднюю часть двигателя.

За счет увеличения диаметра вентилятора двигателя гражданской авиации
расход топлива снижается на 15% при одновременном снижении уровня шума.
Полимер, армированный углеродным волокном (углепластик), материал, позволяющий увеличить диаметр вентилятора, используется благодаря своим легким свойствам и высокой прочности.
Дополнительное снижение веса достигается за счет интеграции компонентов крыла и элементов конструкции с помощью направляющей лопасти.
Усовершенствованная система редукторов “Geared Turbo Fan” позволяет увеличить диаметр вентилятора, тем самым снижая частоту вращения, что обеспечивает высокую эффективность тяги и снижение шума.
В PW1100G-JM используется усовершенствованная редукторная система “Geared Turbo Fan” с коэффициентом перепуска воздуха приблизительно 12:1. Это соотношение, почти втрое превышающее текущее у модели V2500, обеспечивает высокую тяговую эффективность (низкий расход топлива) и низкий уровень шума благодаря высокому коэффициенту байпаса.
Благодаря замене обычных титана и алюминия легкими и высокопрочными композитными материалами из углепластика (CFRP), двигатель имеет больший диаметр, сохраняя при этом устойчивость к ударам птиц. Это значительно снижает вес двигателя и повышает топливную экономичность.
Кроме того, направляющие лопатки новой конструкции также служат опорой для корпуса вентилятора, что позволяет дополнительно снизить вес.

Относится к соотношению расхода воздуха, циркулирующего исключительно внутри вентилятора (байпасный воздух), и воздуха, проходящего через сердечник двигателя в турбовентиляторном двигателе. Более высокая степень двухконтурности повышает эффективность дозвуковой тяги, снижает расход топлива на низких скоростях и снижает уровень шума выхлопных газов двигателя.

Заглядывая в будущее, можно сказать, что по мере роста объемов авиационных двигателей спрос на легкие материалы будет возрастать, и мы ожидаем расширения сферы применения углепластиковых композитов. Основываясь на использовании нашего углеродного волокна в направляющих лопастях, мы будем стремиться к расширению применения углеродного волокна в компонентах авиационных двигателей.