新しい材料技術として、複合材料は軍用機で広く使用されています。
1960年代には、ガラス繊維強化複合材料は、航空機のフェアリング、フラッペロンで最初に使用され始めました。 現在、複合材料の機械的特性は比較的低く、複合材料で作られた航空機部品はサイズと力のレベルが小さいです。
1960年代後半、ボロン繊維/エポキシ複合材料が航空機構造に使用され始めました。 たとえば、F-14 は 1971 年にホウ素繊維強化エポキシ樹脂複合材をフラット テールに適用し始めました。
-1970年代半ばには、強化材として炭素繊維を使用した高性能複合材料が誕生し、航空機における複合材料の大規模な用途が開かれました。 優れた高比強度、高比弾性率、耐食性、耐疲労性を備えた炭素繊維強化複合材料は、航空機器の要件に非常に適しています。 炭素繊維強化複合材料は、F-15、F-16、Mig{ {5}}、ミラージュ 2000、F/A-18、その他の航空機。 1970 年代以降、外国の軍用機のテール フィンはすべて複合材料を使用しています。 複合材料で作られた平らな尾翼と垂直尾翼は、通常、航空機の総構造重量の 5 パーセント -7 パーセントを占めます。
テールフィンがコンポジット素材の時代に入ってから、複合材料の適用は、大きな構造力と大きなサイズを持つ軍用機の翼、胴体、およびその他の主要コンポーネントに発展し始めました。 McDonnell Douglas は 1976 年に F/A-18 複合材翼のパイオニアとなり、1982 年に就航し、複合材の使用率を 13% に高めました。 それ以来、各国が開発した軍用機の翼は、ほとんどが複合材料でできています。 たとえば、米国の AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35、フランスのラファール、スウェーデンのJAS-39、ヨーロッパ4か国共同開発のタイフーン、ロシアのS-37など。
現在のところ、世界の先進軍用航空機の複合材料の量は、航空機構造全体の重量の 20% -50% を占めています。 複合材料の主要部品には、フェアリング、フラットテール、垂直尾翼、フラットテールボックス、翼、前部胴体などがあります。 複合材料が航空機の総重量の約 50% を占める場合、航空機の構造部品のほとんどは B-2 ステルス爆撃機などの複合材料でできています。
2020年、航空宇宙分野の炭素繊維需要に対する航空宇宙分野の炭素繊維需要の比率は 1.80% です。 需要ベースは小さいですが、高性能の需要は強く、アプリケーションは広く使用されています。 同時に、中国の長距離戦略兵器の急速な発展に伴い、炭素繊維複合材料の適用比率が拡大すると予想されます。
波動吸収ステルス：通常の炭素繊維は電磁波の反射体であり、電波吸収機能を持たないため、炭素繊維の表面改質（ニッケルメッキ、炭化ケイ素コーティングなど）により、新しい炭素繊維を開発（特殊セクション カーボン ファイバー、スパイラル カーボン ファイバー、多孔性カーボン ファイバー、カーボン ナノチューブなど)、電磁性能を大幅に向上させることができます。
B-2 ステルス爆撃機などのステルス航空機には、特別な炭素繊維が使用されています。この機体は、メイン ビームとエンジン コンパートメントのチタン複合材を除いて、機体全体が炭素繊維複合材でできています。 アメリカのステルス戦闘機 F-22 が使用する CFRP の量は最大 24% で、イギリスのタイフーン戦闘機が使用する複合材料の量は最大 40% です。 構造炭素繊維吸収複合材料は、レーダーステルス材料の重要な開発方向であり、複合材料の軽量と高強度および吸収特性の構造的利点を組み合わせています。 炭素繊維吸収材は、機能と構造を一体化した優れた吸収材です。 ステルス構造材料の改善と改善により、炭素繊維複合材料の需要は引き続き増加します。
中国の航空機の第 4 世代以前は、複合材料の適用範囲は尾翼、アヒルの翼、およびその他の二次耐荷重構造に限定されており、その割合は 10% 未満であり、第 4 世代の航空機の複合材料の投与量は明らかになりました。突破口として、複合材料の投与量は機械構造全体の約 20% に達します。
40 年近くの開発を経て、軍用機用の高度な樹脂ベースの複合材料は、非耐荷重コンポーネントから二次および主な耐荷重コンポーネントまで開発され、20 ～ 30 パーセントの大幅な軽量化を達成できます。 消費量に関しては、現在、高度な軍用機に使用されている複合材料の量は 30% を超えており、その割合は将来も安定するでしょう。 軍用機の製造では、樹脂ベースの複合材料を使用して、戦闘機のレドーム、翼、胴体、前尾翼、フラット テール、およびエンジン周辺を製造できます。
F-35 自体は、高強度の炭素繊維複合材を多用して作られています。 特に、炭素繊維複合材料は、外板、翼構造、および車体構造のコンポーネントで創造的に使用されています。 その炭素繊維複合材料は、すでに航空機の総重量の 4 分の 1、主翼の 3 分の 1 を占めています。 炭素繊維は、間違いなく F-35 の最大の減量要因です。
ステルス ジェットの本体は、電磁波を熱に変換するように設計された B-2 スプライトや F117 ナイトホークなどのレーダー吸収素材 (RAM) で覆われています。 RAM は、熱、湿気、および摩擦によって完全性を失います。
ノースカロライナ州立大学の研究開発チームは、RAM の制限によって引き起こされる問題を解決するために炭素繊維強化複合ポリマー (CFRP) スキンを開発し、B-21 ステルス爆撃機で使用されました。 この複合材は、カーボン ナノチューブ (CNT) によって強化されています。カーボン ナノチューブは、強くて軽量で、1800 度を超える温度に耐えることができ、入ってくる電磁エネルギーを伝導するのに役立ちます。
新しい複合材料の放射率は非常に低く、ほとんど検出されず、ステルス航空機で現在使用されている RAM の 70-80 パーセントと比較して、電磁波の 90 パーセント以上を吸収できることがテストで示されています。 新しい材料は機体に吹き付けられ、厚さは 3mm になります。
J-11 シリーズと Chengfei の J-10 および J-20 シリーズの翼は、炭素繊維複合材料でできています。 中国の航空産業は、過去 20 年間に炭素繊維積層部品の製造において多くの成功を収めてきました。
中国では、J-20 航空機が 1990 年代後半に開発され、2010 年末に試験飛行が開始され、後発機としての技術的優位性がもたらされました。 J-20 の前身である J-10 の前翼は、完全に炭素繊維強化ビスマレイミド樹脂複合材料でできており、金属材料よりもはるかに小さいレーダー シグネチャを持ち、さらに多くの可能性があります。他のステルス材料を樹脂マトリックスにドープすることにより、ステルス性を高めます。 J-20 の前翼もその後の研究結果を使用する予定ですが、F-22 の水平尾翼も部分的に金属製ですが、必ずしもステルス性が高いとは限りません。 また、J-20の前翼は逆上、主翼は下に反転しているため、前翼前縁で反射したレーダー波が主翼前縁に放射し続けず、二次反射を形成します。これもステルスにとって有利な要素です。
