كامپوزیت ها در صنایع نظامی

***mishi*** · 28 بهمن، ۱۳۸۹

رویدادهای 11 سپتامبر 2001، توجه جهانیان را به شكل كاملاً جدیدی به مسئلۀ امنیت معطوف كرده و مایۀ نگرانی های شدیدی در سطح بین المللی شده است. مسائل امنیتی در گذشته و حال متفاوت هستند. هنگام جنگ سرد (دهه های 50 و 60 میلادی) نگرانی اصلی جهان، بمب ها و موشك های هسته ای بود. در جنگ جهانی دوم، خرابكاری موضوعی نگران كننده در آمریكا بود و این بسیار شبیه نگرانی های امروزی است.

آنچه به نظر متفاوت می آید این است كه امروزه مسئلۀ امنیت بسیار شخصی ترشده است و جالب است كه بسیاری از كاربردهای كامپوزیت ها در اسلحه ها و محافظ ها نیز شخصی و فوری است.

برخی از این كاربردها عبارتند از:

اسلحه های شخصی

به كارگیری كامپوزیت ها در تسلیحات نظامی روند رو به رشدی داشته است و در این بین تفنگ های تمام كامپوزیتی به تعداد محدودی ساخته می شوند ولی كامپوزیتی كردن بخشی از اسلحه معمول تر است. برای مثال ضخامت لوله فولادی تفنگ را كاهش می دهند و روی آن یك پوشش كامپوزیتی می پیچند.

برتری های پوشش كامپوزیتی روی لوله تفنگ حیرت آور است. جنس لوله تفنگ، فولاد زنگ نزن 416 است كه به دقت ماشینكاری و نازك شده است. لوله تفنگ و خان های آن معمولاً با نوعی فولاد كه كمترین تغییر را در مسیر فشنگ ایجاد می كند ساخته میشود. با تركیب فولاد و پوشش میتوان تفنگ هایی مناسب شكار و كاربردهای نظامی ساخت.

استحكام بالاتر تفنگ كامپوزیتی به علت طبیعت جهت دار الیاف كربن است. بیشتر الیاف را میتوان به صورت های گوناگونی به دور یك محور پیچاند. بنابراین درمورد تفنگ این امكان وجود دارد كه الیاف را به گونه ای دور لوله جهت داد كه استحكام بالاتری حاصل شود. بهبود استحكام، افزایش امنیت را به دنبال خواهد داشت؛ زیرا احتمال شكافتن لوله كاهش می یابد. سفتی بالای تفنگ های كامپوزیتی و درنتیجه افزایش دقت آنها نیز از جهت انتخابی برای الیاف ناشی می شود. تركیب سفتی و استحكام، منجر به كاهش وزن تفنگ میشود. برای مثال وزن تفنگ های كامپوزیتی معمولی حدود 40 درصد كمتر از M-1 است.

هنگامی كه لوله فولادی ساخته میشود ایجاد سوراخ و خان در لوله، تنش هایی را در لوله به وجود می آورند. برخی از این تنش ها در محصول نهایی باقی می مانند. بنابراین وقتی تفنگ به هنگام شلیك های پیاپی گرم می شود تنش های باقی مانده باعث میشود كه در بعضی نقاط، لوله تفنگ از حالت طبیعی خارج شود و در نتیجه انحرافی در مسیر گلوله به وجود آید و در پی آن دقت شلیك كاهش یابد. استحكام و سفتی بالای پوشش كامپوزیتی از انحراف لوله جلوگیری می كند و بنابراین حتی هنگامی كه اسلحه خیلی سریع و به طور پیاپی شلیك می كند، دقت بالایی خواهد داشت. فرایند ایجاد پوشش كامپوزیتی هیچ تنشی را در تفنگ ایجاد نمی كند، پس مسیر حركت گلوله همواره صاف و مستقیم خواهد بود.

یك ویژگی بی نظیر كامپوزیت های الیاف كربنی، ضریب انبساط حرارتی نزدیك به صفر آنهاست. بنابراین تغییرات دمایی، اثر مشخصی روی ابعاد لوله نمی گذارد. افزون بر آن به خاطر اتصال محكم بین پوشش كامپوزیتی و لایه فلزی، فلز و كامپوزیت یكپارچه می شوند و هیچ لغزشی در امتداد سطح آنها وجود ندارد. پوشش كامپوزیتی به علت طبیعت غالبش، از تغییر ابعاد لوله در اثر گرم شدن لایه فلزی به علت تكرار شلیك جلوگیری می كند؛ زیرا جرم و استحكام پوشش كامپوزیتی از جرم و استحكام لایه نازك فلزی بسیار بیشتر است. هنگامی كه تغییر ابعادی رخ دهد، مشهودترین عیب، كاهش دقت است كه با افزایش فاصله تا هدف بروز می كند؛ زیرا كوچكترین تغییر در مسیر گلوله انحراف قابل توجهی را در برد زیاد از خود نشان می دهد.

هدایت حرارتی كامپوزیت الیاف كربنی، كاملا غیرعادی است و نوید برتری های دیگری را می دهد. انتقال حرارت در درون كامپوزیت درجهت عمود بر الیاف بسیار ضعیف است. بنابراین بخش خارجی پوشش كامپوزیتی پس از حدود 20 بار شلیك، فقط كمی گرم میشود. حال آنكه گرمای ایجاد شده در چنین حالتی در یك نمونه فولادی قابل توجه خواهد بود.

مدت زمان طولانی پس از تیراندازی، كامپوزیت گرم می شود. توانایی بالای انتقال حرارت الیاف كربن در امتداد طولی آنها باعث میشود كه گرما بسیار سریع به انتهای لوله منتقل شده و در آنجا پخش شود. نتیجه نهایی این كه دمای سطح خارجی لوله كامپوزیتی كم تر شده و طول عمر لوله افزایش می یابد.

در نهایت سبكی لوله كامپوزیتی ، به طور مطلوبی مركز توازن تفنگ را به سمت ماشه منتقل می كند و این موضوع باعث می شود كه بتوان چندین بار به طور مشابه به یك هدف كوچك شلیك كرد. بهای تفنگ های شكاری از جنس كامپوزیت تقریباً بالا و بین 1000 تا 3000 دلار است. تفنگ های جنگی بهایی در حدود 10،000 دلار دارند.

جنگ افزارهای بزرگ

با توجه به برتری های مواد كامپوزیتی استفاده از آنها در جنگ افزارهایی چون توپ ها، موشك اندازها و جز آن در دست پژوهش است. استفاده از فنآوری تقویت لوله توپ با پوشش كامپوزیتی هنوز مورد پذیرش سیستم استاندارد جنگ افزاری قرار نگرفته است. مشكلی كه در اینجا وجود دارد، اختلاف ضریب انبساط حرارتی كامپوزیت و لوله فولادی است. درمورد تفنگ، لوله فولادی نسبتاً نازك بود و انبساطش تحت تأثیر كامپوزیت قرار می گرفت. حل این مشكل، موضوع پژوهش در این زمینه است.

موشك ها

كاربرد كامپوزیت ها در صنایع موشكی در عرض 40 سال تجربه شده است و به طور چشمگیری گسترش یافته است. به علت هزینه های بالای حركت یك جسم در فضا، شرایط ایجاب می كند كه وزن آن كم باشد. به همین علت، كامپوزیت ها نامزد مناسبی برای این كاربرد هستند. كاربرد كامپوزیت در لانچر موشك انداز نیز به همان اندازه مهم است.

این لوله ها باید سبك باشند تا به راحتی حمل شده و بر روی خودرو یا هواپیما نصب شوند. همچنین باید خیلی سفت باشند تا پرواز موشك دقیق باشد. كامپوزیت ها این بازار را تحت كنترل خود درآورده اند.

هواپیماها

نوشتارهای زیادی در مورد كاربرد كامپوزیت ها در هواپیماها- چه نظامی و چه غیر نظامی- نوشته شده است. به نظر می رسد هرساله كاربرد نوینی برای كامپوزیت ها د رمدل های جدید ایجاد می شود. این كاربردها به منظور كاهش وزن و بهبود استحكام صورت می گیرد. هواپیماهای بدون سرنشین میتوانند برای شناسایی منطقه و همچنین برای پرتاب موشك ها به كار روند. بیشتر این هواپیماها از كامپوزیت ساخته میشوند.

Ehsan · 28 بهمن، ۱۳۸۹

ولی من هنوز نشنیدم از کامپوزیت ها در هواپیماهای مسافربری استفاده بشه.

چون هنوز بسیاری از رفتار این مواد ناشناخته است و ممکنه فاجعه رخ بده.

مخصوصا در زمینه شکست و تنش....

***mishi*** · 28 بهمن، ۱۳۸۹

ولی من هنوز نشنیدم از کامپوزیت ها در هواپیماهای مسافربری استفاده بشه.

چون هنوز بسیاری از رفتار این مواد ناشناخته است و ممکنه فاجعه رخ بده.

مخصوصا در زمینه شکست و تنش....

منم اينو ديدم

مواد تشکیل دهنده هواپیمای ایرباس A380 :

ایرباس اولین شرکت هواپیما سازی دنیاست که از مواد کامپوزیت () درساخت هواپیماهایش بهره گرفت و در نوع جدید ایرباس A380 استفاده ازمواد کامپوزیت () به حداکثر خود تاکنون رسیده است. 25 درصد کل مواد متشکله این هواپیما از مواد کامپوزیت () است که 22 در صد آن پلاستیکهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) میباشد و 3 درصد بقیه کامپوزیت () پایه آلومینیومی پوشیده شده با فیبر شیشه (Glare) میباشد که برای اولین بار در هواپیمای مسافربری بکار میرود. همینطور برای اولین بار جعبه بال مرکزی این هواپیما، که یک قسمت بسیار مهم هواپیماست، از کامپوزیتها ساخته شده است (این قسمت بالها را به بدنه هواپیما وصل میکند) قسمت عقب بدنه این هواپیما نیز باز هم برای اولین بار است که از مواد کامپوزیت ساخته شده است.

علاوه براین قسمتهای کامپوزیتی، قسمتهای زیادی از هواپیمای مورد بحث از فلزات پیشرفته دیگر تشکیل شده که همگی بوجود آورنده محاسن زیادی از جمله سهولت تعمیر و نگهداری میشوند.

پلاستیکهای تقویت شده با فیبر کربن هنگام استفاده درمقابل مواد خورنده و خستگی ناشی از بارهای تکرار شونده (Fatigue) کاملاًمقاوم هستند .ضمناً (Glare) یا همان کامپوزیت فلز آلومینیوم پوشیده شده با شیشه نیز که برای ساخت قسمت بالائی بدنه هواپیما مورد استفاده قرار گرفته است درمقابل خورندگی و خستگی ناشی از بارهای تکرارشونده (Fatigue) بسیار مقاوم است.

با توجه به نکات فوق پایین آوردن وزن هواپیما یکی از عمده ترین محاسن مواد کامپوزیت است که منجر به مصرف کمتر سوخت، تولید گازهای مضر کمتر در اگزوز و بالاخره هزینه عملیاتی پایین تر میشود.

Ehsan · 28 بهمن، ۱۳۸۹

منم اينو ديدم

مواد تشکیل دهنده هواپیمای ایرباس a380 :

ایرباس اولین شرکت هواپیما سازی دنیاست که از مواد کامپوزیت () درساخت هواپیماهایش بهره گرفت و در نوع جدید ایرباس a380 استفاده ازمواد کامپوزیت () به حداکثر خود تاکنون رسیده است. 25 درصد کل مواد متشکله این هواپیما از مواد کامپوزیت () است که 22 در صد آن پلاستیکهای تقویت شده با فیبر کربن (cfrp) میباشد و 3 درصد بقیه کامپوزیت () پایه آلومینیومی پوشیده شده با فیبر شیشه (glare) میباشد که برای اولین بار در هواپیمای مسافربری بکار میرود. همینطور برای اولین بار جعبه بال مرکزی این هواپیما، که یک قسمت بسیار مهم هواپیماست، از کامپوزیتها ساخته شده است (این قسمت بالها را به بدنه هواپیما وصل میکند) قسمت عقب بدنه این هواپیما نیز باز هم برای اولین بار است که از مواد کامپوزیت ساخته شده است.

علاوه براین قسمتهای کامپوزیتی، قسمتهای زیادی از هواپیمای مورد بحث از فلزات پیشرفته دیگر تشکیل شده که همگی بوجود آورنده محاسن زیادی از جمله سهولت تعمیر و نگهداری میشوند.

پلاستیکهای تقویت شده با فیبر کربن هنگام استفاده درمقابل مواد خورنده و خستگی ناشی از بارهای تکرار شونده (fatigue) کاملاًمقاوم هستند .ضمناً (glare) یا همان کامپوزیت فلز آلومینیوم پوشیده شده با شیشه نیز که برای ساخت قسمت بالائی بدنه هواپیما مورد استفاده قرار گرفته است درمقابل خورندگی و خستگی ناشی از بارهای تکرارشونده (fatigue) بسیار مقاوم است.

با توجه به نکات فوق پایین آوردن وزن هواپیما یکی از عمده ترین محاسن مواد کامپوزیت است که منجر به مصرف کمتر سوخت، تولید گازهای مضر کمتر در اگزوز و بالاخره هزینه عملیاتی پایین تر میشود.

منظورم بدنه هواپیما بود.

فعلا برای قسمت های داخلی استفاده شده و اینکه برای دُم و بال استفاده شده حالت آزمایشی است و یک پروژه در دست تحقیقه یا عملی شده،نمیدانم.

***mishi*** · 28 بهمن، ۱۳۸۹

منظورم بدنه هواپیما بود.
فعلا برای قسمت های داخلی استفاده شده و اینکه برای دُم و بال استفاده شده حالت آزمایشی است و یک پروژه در دست تحقیقه یا عملی شده،نمیدانم.

درسته.هرچي تو نت گشتم در مورد مسافربري هيچي نگفته بود حتي اين نظامياشم ازمايشي بود.

سوخو-۴۷ از نظر اندازه‌ها، بسیار به طرح جنگنده‌های بزرگ ساخت