Come nuova tecnologia dei materiali, il materiale composito è stato ampiamente utilizzato negli aerei militari.
Negli anni '60,i materiali compositi rinforzati con fibra di vetro iniziarono ad essere utilizzati per la prima volta nella carenatura degli aerei, flaperon. In questo momento, le proprietà meccaniche dei materiali compositi sono relativamente basse e le parti dell'aeromobile realizzate con materiali compositi sono di dimensioni e livello di forza ridotti.
Alla fine degli anni '60,i compositi in fibra di boro / resina epossidica iniziarono ad essere utilizzati nelle strutture degli aeromobili. Ad esempio, la F-14 iniziò ad applicare compositi di resina epossidica rinforzata con fibre di boro alla coda piatta nel 1971.
A metà-1970,è nato un materiale composito ad alte prestazioni con fibra di carbonio come rinforzo, che ha aperto l'applicazione su larga scala dei materiali compositi negli aerei. I compositi rinforzati con fibra di carbonio con eccellente resistenza specifica elevata, modulo specifico elevato, resistenza alla corrosione e resistenza alla fatica sono molto adatti per i requisiti delle apparecchiature aeronautiche. I materiali compositi rinforzati con fibra di carbonio vengono gradualmente utilizzati nella coda verticale e nella coda piatta di aerei militari con grandi forze e grandi dimensioni, come la coda composita e la coda verticale di F-15, F-16, Mig{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 e altri velivoli. Dagli anni '70, le pinne caudali degli aerei militari stranieri hanno utilizzato tutti materiali compositi. La coda piatta e la coda verticale realizzate in materiali compositi generalmente rappresentano il 5% -7 percento del peso strutturale totale dell'aeromobile.
Dopo che la pinna caudale è entrata nell'era dei materiali compositi,l'applicazione di materiali compositi iniziò a svilupparsi su ali, fusoliera e altri componenti principali di aerei militari con grandi forze strutturali e grandi dimensioni. McDonnell Douglas ha aperto la strada all'ala composita F/A-18 nel 1976 ed è entrata in servizio nel 1982, aumentando l'uso di compositi al 13%. Da allora, le ali degli aerei militari sviluppati da vari paesi sono quasi tutte realizzate in materiali compositi. Ad esempio, AV-8SI, SI-2, FA/LA-22, FA/LA-18MI/FA, FA-35 degli Stati Uniti, Rafale della Francia, JAS-39 della Svezia, Typhoon sviluppato congiuntamente da quattro paesi europei, S-37 della Russia e così via.
Attualmente,la quantità di materiali compositi negli aerei militari avanzati del mondo rappresenta il 20 percento -50 percento del peso dell'intera struttura dell'aeromobile. Le parti principali dei materiali compositi includono carenatura, coda piatta, coda verticale, scatola di coda piatta, ala, fusoliera anteriore e così via. Se i materiali compositi costituiscono circa il 50 percento del peso totale del velivolo, la maggior parte delle parti strutturali del velivolo sono realizzate in materiali compositi, come il bombardiere stealth B-2.
Nel 2020,il rapporto tra la domanda di fibra di carbonio nel settore aerospaziale e la domanda di fibra di carbonio nel settore aerospaziale è dell'1,80%. La base della domanda è piccola, ma la domanda ad alte prestazioni è forte e l'applicazione è ampiamente utilizzata. Allo stesso tempo, con il rapido sviluppo delle armi strategiche a lungo raggio della Cina, si prevede di espandere il rapporto di applicazione dei compositi in fibra di carbonio.
Furtività che assorbe le onde:la normale fibra di carbonio è un riflettore di onde elettromagnetiche e non ha una funzione di assorbimento delle onde, attraverso la modifica superficiale della fibra di carbonio (come la nichelatura, rivestita con rivestimento in carburo di silicio, ecc.), lo sviluppo di nuova fibra di carbonio ( come la fibra di carbonio a sezione speciale, la fibra di carbonio a spirale, la fibra di carbonio porosa, i nanotubi di carbonio, ecc.), possono migliorare significativamente le sue prestazioni elettromagnetiche.
La speciale fibra di carbonio viene utilizzata per realizzare velivoli stealth, come il bombardiere stealth B-2, la cui intera fusoliera è realizzata in composito di fibra di carbonio ad eccezione del composito di titanio nella trave principale e nel vano motore. La quantità di CFRP utilizzata dal caccia stealth americano F-22 arriva fino al 24% e la quantità di materiale composito utilizzata dal caccia britannico Typhoon arriva fino al 40%. Il composito assorbente strutturale in fibra di carbonio è un'importante direzione di sviluppo dei materiali radar stealth, che combina i vantaggi strutturali della leggerezza e dell'elevata resistenza e proprietà assorbenti del composito. Il materiale assorbente in fibra di carbonio è un eccellente materiale assorbente che integra funzione e struttura. Con il miglioramento e il miglioramento dei materiali strutturali invisibili, la domanda di materiale composito in fibra di carbonio continuerà a crescere.
Prima della quarta generazione di aeromobili cinesi, l'ambito di applicazione dei materiali compositi è limitato all'ala di coda, all'ala d'anatra e ad altre strutture portanti secondarie, la proporzione è inferiore al 10 percento, il dosaggio del materiale composito per aeromobili di quarta generazione ha reso evidente innovazione, il dosaggio del materiale composito raggiunge circa il 20 percento dell'intera struttura della macchina.
Dopo quasi 40 anni di sviluppo, i compositi avanzati a base di resina per aerei militari sono stati sviluppati da componenti non portanti a componenti portanti secondari e principali e possono ottenere una significativa riduzione del peso del 20% ~ 30%. In termini di consumo, la quantità di materiali compositi utilizzati negli aerei militari avanzati ha superato attualmente il 30% e la percentuale sarà stabile in futuro. Nella produzione di aerei militari, i materiali compositi a base di resina possono essere utilizzati per fabbricare radome, ala, fusoliera, canard, coda piatta e periferia del motore di aerei da combattimento.
La stessa F-35 è costruita con un uso massiccio di compositi in fibra di carbonio ad alta resistenza. In particolare, i compositi in fibra di carbonio sono utilizzati in modo creativo nei componenti della pelle, della struttura delle ali e della struttura del corpo. I suoi compositi in fibra di carbonio rappresentano già un quarto del peso totale del velivolo e un terzo di quello dell'ala. La fibra di carbonio è senza dubbio il più grande fattore di perdita di peso nella F-35.
Il corpo del jet stealth è ricoperto da un materiale che assorbe i radar (RAM), come il B-2 Sprite o l'F117 Nighthawk, progettato per convertire le onde elettromagnetiche in calore. La RAM perde la sua integrità sotto il calore, l'umidità e l'attrito.
Il team di ricerca e sviluppo della North Carolina State University ha sviluppato un rivestimento in polimero composito rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) per risolvere i problemi causati dai limiti della RAM ed è stato utilizzato nel bombardiere stealth B-21. Il composito è arricchito da nanotubi di carbonio (CNT), che sono resistenti e leggeri e possono resistere a temperature superiori a 1800 gradi e aiutano a condurre l'energia elettromagnetica in entrata.
I test hanno dimostrato che il nuovo materiale composito ha un'emissività estremamente bassa, è quasi impercettibile e può assorbire più del 90 percento delle onde elettromagnetiche, rispetto al 70-80 percento della RAM attualmente utilizzata nei velivoli stealth. Il nuovo materiale verrà spruzzato sull'aereo e avrà uno spessore di 3 mm.
Le ali della serie J-11 e delle serie J-10 e J-20 di Chengfei sono realizzate in materiali compositi in fibra di carbonio. L'industria aeronautica cinese ha maturato un'esperienza di successo nella produzione di parti laminate in fibra di carbonio negli ultimi 20 anni.
Per la Cina, il velivolo J-20 è stato sviluppato alla fine degli anni '90 e il suo volo di prova è iniziato alla fine del 2010, conferendogli un vantaggio tecnologico come ritardatario. Le ali canard del predecessore del J-20, il J-10, sono realizzate interamente in compositi di resina bismaleimmide rinforzata con fibra di carbonio, che hanno una firma radar molto più piccola rispetto ai materiali metallici e possono essere ancora più furtivo drogando altri materiali furtivi nella matrice di resina. Anche l'ala canard della J-20 utilizzerà i successivi risultati della ricerca, mentre lo stabilizzatore orizzontale della F-22, anch'esso parzialmente metallico, non è necessariamente più invisibile. Inoltre, l'ala canard del J-20 è capovolta verso l'alto e l'ala è capovolta verso il basso, quindi le onde radar riflesse dal bordo d'attacco del canard non continueranno a irradiarsi verso il bordo d'attacco dell'ala principale e formano un riflesso secondario, che è anche un fattore favorevole per la furtività.
