En tant que nouvelle technologie matérielle, le matériau composite a été largement utilisé dans les avions militaires.
Dans les années 1960,les matériaux composites renforcés de fibres de verre ont commencé à être utilisés dans le carénage des avions, flaperon. À l'heure actuelle, les propriétés mécaniques des matériaux composites sont relativement faibles et les pièces d'avion en matériaux composites sont de petite taille et de niveau de force.
A la fin des années 1960,les composites fibre de bore / époxy ont commencé à être utilisés dans les structures d'avions. Par exemple, le F-14 a commencé à appliquer des composites de résine époxy renforcés de fibres de bore à la queue plate en 1971.
Au milieu-1970 des années,un matériau composite haute performance avec de la fibre de carbone comme renfort est né, qui a ouvert l'application à grande échelle des matériaux composites dans les avions. Les composites renforcés de fibres de carbone avec une excellente résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une résistance à la corrosion et une résistance à la fatigue conviennent parfaitement aux exigences des équipements aéronautiques. Les matériaux composites renforcés de fibres de carbone sont progressivement utilisés dans la queue verticale et la queue plate des avions militaires avec de grandes forces et de grandes tailles, telles que la queue composite et la queue verticale de F-15, F-16, Mig{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 et autres avions. Depuis les années 1970, les dérives des avions militaires étrangers utilisent toutes des matériaux composites. L'empennage plat et l'empennage vertical en matériaux composites représentent généralement 5 % -7 % du poids structurel total de l'avion.
Après que la nageoire caudale soit entrée dans l'ère des matériaux composites,l'application de matériaux composites a commencé à se développer sur les ailes, le fuselage et d'autres composants majeurs d'avions militaires avec de grandes forces structurelles et de grandes tailles. McDonnell Douglas a lancé l'aile composite F/A-18 en 1976 et est entrée en service en 1982, augmentant l'utilisation du composite à 13 %. Depuis, les ailes des avions militaires développés par divers pays sont presque toutes en matériaux composites. Par exemple, AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35 des États-Unis, Rafale de France, JAS-39 de Suède, Typhoon développé conjointement par quatre pays européens, S-37 de Russie, etc.
Maintenant,la quantité de matériaux composites dans les avions militaires de pointe du monde représente 20 % -50 % du poids de l'ensemble de la structure de l'avion. Les principales parties des matériaux composites comprennent le carénage, la queue plate, la queue verticale, la boîte de queue plate, l'aile, le fuselage avant, etc. Si les matériaux composites représentent environ 50 % du poids total de l'avion, la plupart des pièces structurelles de l'avion sont en matériaux composites, comme le bombardier furtif B-2.
En 2020,le rapport entre la demande de fibres de carbone dans le domaine aérospatial et la demande de fibres de carbone dans le domaine aérospatial est de 1,80 %. La base de demande est petite, mais la demande de haute performance est forte et l'application est largement utilisée. Dans le même temps, avec le développement rapide des armes stratégiques à longue portée de la Chine, on s'attend à ce que le taux d'application des composites en fibre de carbone augmente.
Furtivité absorbant les vagues :La fibre de carbone ordinaire est un réflecteur d'ondes électromagnétiques et n'a pas de fonction d'absorption des ondes, grâce à la modification de surface de la fibre de carbone (telle que le nickelage, recouvert d'un revêtement en carbure de silicium, etc.), le développement de nouvelles fibres de carbone ( telles que la fibre de carbone à section spéciale, la fibre de carbone en spirale, la fibre de carbone poreuse, les nanotubes de carbone, etc.), peuvent améliorer considérablement ses performances électromagnétiques.
La fibre de carbone spéciale est utilisée pour fabriquer des avions furtifs, tels que le bombardier furtif B-2, dont l'ensemble du fuselage est en composite de fibre de carbone, à l'exception du composite de titane dans le faisceau principal et le compartiment moteur. La quantité de CFRP utilisée par le chasseur furtif américain F-22 peut atteindre 24 % et la quantité de matériau composite utilisé par le chasseur britannique Typhoon peut atteindre 40 %. Le composite absorbant structurel en fibre de carbone est une direction de développement importante des matériaux furtifs radar, qui combine les avantages structurels de légèreté et de haute résistance et propriété absorbante du composite. Le matériau absorbant en fibre de carbone est un excellent matériau absorbant qui intègre fonction et structure. Avec l'amélioration et l'amélioration des matériaux de structure furtifs, la demande de matériaux composites en fibre de carbone continuera de croître.
Avant la quatrième génération d'avions chinois, le champ d'application des matériaux composites est limité à l'aile arrière, à l'aile de canard et à d'autres structures porteuses secondaires, la proportion est inférieure à 10%, le dosage de matériau composite d'avion de quatrième génération a fait une évidence percée, le dosage de matériau composite atteint environ 20 pour cent de la structure de la machine entière.
Après près de 40 ans de développement, des composites avancés à base de résine pour avions militaires ont été développés à partir de composants non porteurs jusqu'à des composants porteurs secondaires et principaux et peuvent atteindre une réduction de poids significative de 20 à 30 %. En termes de consommation, la quantité de matériaux composites utilisés dans les avions militaires de pointe a dépassé 30 % à l'heure actuelle, et la proportion sera stable à l'avenir. Dans la fabrication d'avions militaires, les matériaux composites à base de résine peuvent être utilisés pour fabriquer le radôme, l'aile, le fuselage, le canard, la queue plate et la périphérie du moteur des avions de combat.
Le F-35 lui-même est construit avec une utilisation intensive de composites en fibre de carbone à haute résistance. En particulier, les composites en fibre de carbone sont utilisés de manière créative dans les composants de la peau, de la structure des ailes et de la carrosserie. Ses composites en fibre de carbone représentent déjà un quart du poids total de l'avion et un tiers de celui de l'aile. La fibre de carbone est sans doute le plus grand facteur de perte de poids dans le F-35.
Le corps du jet furtif est recouvert d'un matériau absorbant les radars (RAM), tel que le B-2 Sprite ou le F117 Nighthawk, qui est conçu pour convertir les ondes électromagnétiques en chaleur. La RAM perd son intégrité sous l'effet de la chaleur, de l'humidité et du frottement.
L'équipe de recherche et développement de la North Carolina State University a développé une peau en polymère composite renforcé de fibres de carbone (CFRP) pour résoudre les problèmes causés par les limitations de la RAM et a été utilisée dans le bombardier furtif B-21. Le composite est renforcé par des nanotubes de carbone (CNT), qui sont solides et légers et peuvent résister à des températures supérieures à 1800 degrés et aider à conduire l'énergie électromagnétique entrante.
Des tests ont montré que le nouveau matériau composite a une émissivité extrêmement faible, est presque indétectable et peut absorber plus de 90 % des ondes électromagnétiques, par rapport aux 70-80 % de RAM actuellement utilisés dans les avions furtifs. Le nouveau matériau sera pulvérisé sur l'avion et aura une épaisseur de 3 mm.
Les ailes de la série J-11 et des séries J-10 et J-20 de Chengfei sont faites de matériaux composites en fibre de carbone. L'industrie aéronautique chinoise a beaucoup d'expérience réussie dans la fabrication de pièces laminées en fibre de carbone au cours des 20 dernières années.
Pour la Chine, l'avion J-20 a été développé à la fin des années 1990 et son vol d'essai a débuté fin 2010, ce qui lui confère un avantage technologique en tant que retardataire. Les ailes canard du prédécesseur du J-20, le J-10, sont entièrement constituées de composites de résine de bismaléimide renforcés de fibres de carbone, qui ont une signature radar beaucoup plus petite que les matériaux métalliques et peuvent être encore plus furtif en dopant d'autres matériaux furtifs dans la matrice de résine. L'aile canard du J-20 utilisera également les résultats de recherches ultérieures, tandis que le stabilisateur horizontal du F-22, qui est également en partie métallique, n'est pas nécessairement plus furtif. De plus, l'aile canard du J-20 est inversée vers le haut et l'aile est inversée vers le bas, de sorte que les ondes radar réfléchies par le bord d'attaque du canard ne continueront pas à rayonner vers le bord d'attaque de l'aile principale et forment une réflexion secondaire, qui est aussi un facteur favorable à la furtivité.
