المواد المركبة

تفوقت المواد المركبة composite materials على المواد الإنشائية التقليدية في كثير من المميزات، فعلى سبيل المثال: 1- متانة أكبر بكثير من متانة المواد الإنشائية التقليدية. 2- سهولة تشكيل الأشكال المعقدة وبأحجام وأبعاد كبيرة. 3- خفة الوزن بشكل كبير بدون التأثير على خواص المتانة. 4- انخفاض معدلات التعب والزحف والعسو إلى مرحلة يمكن اعتبارها غير موجودة نهائياً. 5- مقاومة حرارية عالية (بالنسبة لخلائط السيراميك).

هذه الأسباب كلها دفعت بالمواد المركبة إلى أعلى القائمة وجعلتها العنصر المفضل في إنشاء الطائرات، وعلى الرغم من ذلك فإن الطائرات في يومنا هذا لا تزال تحتوي الكثير من العناصر الإنشائية العادية إلا أن المستقبل القريب يبشر بإمكانات أوسع للمواد المركبة. فيما يلي مخطط بسيط لإظهار كيفية تقدم استخدام المواد المركبة في إنشاء الطائرات.

 

العام	طائرات نقل الركاب	الطائرات الحربية
1990	تم زيادة نسبة المواد المركبة في طائرات نقل الركاب إلى10% وانخفضت نسبة الألمنيوم إلى 65%. 10% Composite Materials, 10%Titanium, 15%Steel, 65%Aluminum	ازدادت نسبة المواد المركبة إلى 30% و انخفضت نسبة الألمنيوم إلى 46%. 30% Composite Materials, 12%Titanium, 12%Steel, 46%Aluminum
1995	تم زيادة نسبة المواد المركبة في طائرات نقل الركاب إلى25% وانخفضت نسبة الألمنيوم إلى 51%. 25% Composite Materials, 12%Titanium, 12%Steel, 51%Aluminum	ازدادت نسبة المواد المركبة إلى 40%و انخفضت نسبة الألمنيوم إلى 36%. 40% Composite Materials, 12%Titanium, 12%Steel, 36%Aluminum

- مخطط يظهر تقدم استخدام المواد المركبة في إنشاءات الطيران -

 

إن الطائرات التي تصنع باستخدام المواد المركبة تمتاز بالمميزات التالية: 1- انخفاض نسبة التعقيد الإنشائي وقلة عدد عناصر الوصل، وذلك بسبب الخواص الإنشائية الكبيرة وإمكانية تصنيع القطع الكبيرة. 2- الاعتماد على الحواسيب computers في إجراء الحسابات وذلك لصعوبة إجراءها باستخدام القوانين التحليلية التقليدية.

ففي الشكل 7.1 نلاحظ بساطة إنشاء الطائرات والتي صنعت من قطعتين يتم تجميعهما بإلصاقهما فقط.

الشكل (7.1) . استخدام المواد المركبة أدى إلى بساطة في الإنشاء

إلا أن المثير للاهتمام هو بعض المحاولات التي تحاول المزج بين الطرق الأولية والتي اعتمدت مبدأ الهياكل وبين المواد المركبة، حيث توجد الآن بعض الطائرات المصنعة من المواد المركبة بالكامل ولكن وفق مخططات تبدو مثل طائرات العصور الأولى، وعلى سبيل المثال لا تزال الطائرات الخفيفة Ultralight تصمم وفق هذا التصميم (انظر الشكل 8.1).

الشكل (8.1) . طائرات مصنعة من المواد المركبة لكن بمخططات الطائرات القديمة

 

-مخطط يظهر ازدياد نسبة استخدام المواد المركبة في صناعة الطيران عبر السنون-

 

إن المواد المركبة التي تألف من ألياف يربط بينها مادة لاصقة (ملاط أو ريزين)، تم تطويرها في العقود الأخيرة وازداد استخدامها في الطائرات بشكل واسع حتى غدت تمثل المواد المستقبلية في صناعة الطائرات والتي يمكن أن تحقق مواصفات حسب الطلب. إن خواص المادة المركبة تختلف باختلاف خواص الألياف والمادة اللاصقة وكذلك باختلاف طريقة التنضيد هذه الألياف بالاتجاه وطريقة الإنتاج حيث أن تشييد الإنشاء من المواد المركبة يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالتصميم ويسيران معاً. إن الأنواع الأساسية للألياف هي الألياف الزجاجية، ألياف البور، ألياف الفحم (الكربون)، ألياف الكيفلار، ويتم اختبار أنواع جديدة، كالألياف المعدنية، وألياف السيراميك.

أما أنواع الريزينات الأساسية فهي: - ريزينات راتنتجية مثل الايبوكسي والبوليستر - ريزينات شبه معدنية مثل الكربون، كربونات السيليسيوم، السيراميك - ريزينات معدنية مثل الألمنيوم.

إن المادة المركبة ليس لها وجود ذاتي خارج نطاق المنتج النهائي، إذ أن المنتج النهائي هو الذي يحدد مواصفاتها وخواصها النهائية. إن الميزة الأساسية للمواد المركبة التي جعلتها تستخدم بشكل واسع في إنشاء الطائرات هي المتانة النوعية العالية والجساءة النوعية العالية بالإضافة إلى خفة الوزن بالمقارنة مع باقي المواد التقليدية في بناء الطائرات ، يوضح الشكلان (3.2 , 4.2) مقارنة بين قيم المتانة النوعية والجساءة النوعية لعدة أنواع مختلفة من المواد المركبة وبين المواد الأساسية.

الشكل (3.2) . مقارنة المتانة النوعية لعدة أنواع من المواد المستخدمة في إنشاءات الطائرات

إن المزايا الأخرى للمواد المركبة هي: 1- سهولة التشكيل وبأشكال معقدة (حسب القالب) 2- اقتصادية في التصنيع (يعتمد على نوع المواد المنتجة وشكل المنتج) 3- مقاومة عالية للتعب 4- مقاومة عالية للتآكل 5- عوامل تمدد حرارية حسب الطلب 6- تخميد إنشائي مرتفع 7- عدم التأثر بالمواد الكيميائية الشائعة الاستخدام: (شحوم، زيوت، وقود، دهانات ... )

أما سلبيات المواد المركبة: 1- التقادم تحت تأثير الرطوبة والحرارة (ديمومة زمنية قليلة نسبياً) 2- مقاومة متوسطة للصدمات (الأنواع الحديثة المطورة لها خواص جيدة لمقاومة الصدمات) 3- صعوبة الإصلاح 4- صعوبة الإنتاج المتسلسل 5- القصافة (تجري أبحاث لتحسين هذه المواصفات باستخدام ريزين من السيراميك) 6- التناثر في خواص وضعف الثقة بالنسبة للحسابات 7- التأثير السلبي على البيئة عند التخلص من النفايات

تستخدم المواد المركبة لتصنيع أجزاء كثيرة من إنشاءات الطائرات (الغلاف الخارجي، اللوحات الصندوقية، اللوحات الشطيرية، شفرات الجناح الدوار للحوامة، مركز تجمع شفرات الجناح الدوار وعناصر نقل الحركة، المدادات، الإطارات) تصل نسبة المواد المركبة في الطائرات الحالية إلى 30% وزن الهيكل ويتوقع أن تصل النسبة إلى 75% الطائرات المستقبلية. يوضح الشكل (5.2) نموذجاً للطيارة الفرنسية رافايل والمواد المستخدمة في هيكلها، كما يوضح الشكل (6.2) مخططاً لحوامة نقل قتالية حديثة يوضح العناصر المصنعة من مواد مركبة.

 

الشكل (5.2) . المقاتلة الفرنسية (رافال) والأجزاء المصنعة منها من المواد المركية

 

الشكل (6.2) . الأجزاء المصنعة من المواد المركبة في الهيكل وعناصر التثبيت ونقل الحركة

 

 

مقتطفات من كتاب إنشاءات الطيران - جامعة حلب - د. عمر سواس

 

للمناقشة وإضافة المعلومات رجاء شاركنا عبر المنتدى على الرابط المواد المركبة