Roční produkce větší než 350
malých sportovních letadel v České
republice představuje spotřebu
několika tun kompozitů. Akceptování
celosvětového trendu na
výzkum, vývoj a využití kompozitních
konstrukcí v letectví má
u nás největší základnu ve více
než deseti malých perspektivních
firmách, zabývajících se převážně
výrobou kompozitních dílů na
nosné části konstrukcí malých
sportovních letounů a ultralightů.
Navrhovaných a vyráběných
s ohledem na vyhovující pevnost,
spolehlivost, životnost a optimální
aerodynamické vlastnosti. Využívání
kompozitů v neleteckých
oborech zaostalo více než v letectví.
Teprve nyní je především ve
strojírenství a stavebnictví zaznamenáván
rostoucí boom aplikací
kompozitních dílů a zaostávání za
technicky nejvyspělejšími státy je
v těchto oborech snižováno.
Důvody pro využití nekovových
materiálů - kompozitů v letectví -
vyplývají z požadavků na konstrukci
letounu, která musí být z hlediska
výkonu a užitečného zatížení co
nejlehčí a přitom dostatečně pevná
a tuhá. Výhody kompozitních materiálů
jsou zřejmé při jejich nízké
měrné hmotnosti, vysoké pevnosti
a vysokých modulech pružnosti.
Mezi další výhody kompozitů patří
malá teplotní dilatace, odolnost
proti korozi, pozvolný postup poruchy,
vysoká odolnost proti vibracím
a vyšší rázová pevnost. Je zřejmé, že
úroveň využívání kompozitů v letectví
významně ovlivňuje i konkurenceschopnost
výrobků.
V porovnání s klasickými kovovými
konstrukcemi se kompozity ve
výrobním procesu vyznačují úspornými
výrobními metodami s podstatně
menším počtem konstrukčních
dílů, menším materiálovým
odpadem a jednodušší výrobou tvarově
složitých součástí. Minimalizuje
se počet vyráběných dílů ve velkých
technologických celcích, a tak
se výrazně snižuje pracnost. Složité
tvary zakřivených kompozitních
součástí jsou mnohem snáze vyrobitelné
s nesrovnatelně lepší kvalitou
povrchu. Kompozity vyžadují ve
výrobním procesu přísné dodržování
technologických postupů. Jejich
vlastnosti na rozdíl od kovových
materiálů jsou vytvářeny přímo ve
výrobním procesu.
Na druhé straně je ale také třeba
připomenout, že k nevýhodám
a problémům kompozitních materiálů
patří: slabá odolnost proti vyšším
teplotám, vlivy prostředí (vlhkost,
sluneční záření), chování při
nárazech.
Současný stav výzkumu, vývoje
a výroby kompozitních materiálů
se ani ve státech, které nejdále
postoupily v tomto oboru, nenalézá
ve fázi definitivního řešení. Rozsah
aplikací kompozitů se rychle rozšiřuje.
Tradičně jsou používány při
stavbě dopravních zařízení - lodí,
letadel, automobilů, kolejových
vozidel i v řadě dalších oborů: např.
ve stavebnictví, při stavbě strojů, ve
spotřebním průmyslu, na sportovní
náčiní atd. Málokdo ví o úspěšném
využití kompozitů při stavbě
tunelu pod Lamanšským průlivem
a v současné době o konkurenčním
střetnutí firem Airbus a Boeing
týkajícím se většího a efektivnějšího
využití kompozitních materiálů pro
obří konstrukce dopravních letounů.
Kompozitní díly s aramidovými
vlákny vyznačující se značnou
tuhostí tvoří dále např. základní
výztuž neprůstřelných stěn vojenských
vozidel.
Spotřeba kompozitních materiálů
je ve světě 16 mil. tun a ročně se
zvětšuje o více než 10 %.
VÝZKUM KOMPOZITŮ
NA ČVUT V PRAZE
Výzkumem kompozitních materiálů
se v České republice zabývá řada
pracovišť. Nejdůležitější z nich jsou
pracoviště disponující rozsáhlejším
výzkumným potenciálem, potřebnou
experimentální základnou a patřičnými
zkušenostmi. Patří mezi ně
také Odbor letadel na Fakultě strojní
ČVUT v Praze pod vedením doc.
Ing. Luboše Janko, CSc., který těsně
spolupracuje s Ústavem materiálového
inženýrství a Odborem pružnosti
a pevnosti z téže fakulty a dále
s VZLÚ v Praze Letňanech a Leteckým
ústavem na VUT v Brně.
Výpočty kompozitních konstrukcí
jsou prováděny pomocí analytických
metod i programů využívajících
metody konečných prvků na Ústavu
mechaniky, biomechaniky a mechatroniky
Fakulty strojní ČVUT
v Praze. Tyto instituce dlouhodobě
spolupracují v oblasti leteckého
výzkumu. Oblast výzkumu a vývoje
kompozitů v letectví je také jednou
z oblastí vzájemné spolupráce, která
je významně podpořena společnou
účastí uvedených institucí v činnosti
Centra leteckého a kosmického
výzkumu (CLKV). Připomeňme, že
ve VZLÚ byla např. úspěšně vyřešena
technologie výroby kompozitní
vrtule.
V rámci CLKV se řeší úkol vycházející
především z potřeb výrobců
malých sportovních letadel s kompozitními
díly. Samozřejmě se řeší
i problémy týkající se obecných
problémů využití kompozitních dílů
ve všeobecném letectví (general aviation)
i v různých neleteckých konstrukcích.
Problematika uplatnění
kompozitů je řešena ve spolupráci
s řadou malých i středních, především
leteckých firem a institucí:
Vanessa Air, Litomyšl, Urban Air,
Dolní LiIbchavy, TL elektronic,
Hradec Králové, Air Consult Zlín,
COMLET, Litomyšl, HpH, Kutná
Hora, ATEC, Libice n. Cidlinou, LA
composite, Praha, Letecká amatérská
asociace ČR a další.
Českým konstruktérům často chybí
podklady pro návrh konstrukce
a technologické postupy zpracování
kompozitních materiálů. Proto
se na Odboru letadel FS ČVUT ve
spolupráci s Ústavem materiálového
inženýrství téže fakulty začala
vytvářet databáze kompozitních
materiálů poskytující následující
informace:
. Materiálové charakteristiky -
vycházející ze zkoušek mechanických
vlastností vzorků od výrobců a dodavatelů
kompozitních materiálů.
. Popis a metodiku provedení
a vyhodnocení zkoušek jednotlivých
kompozitních vzorků.
. Výrobní postupy - soustřeďují
informace o technologických
postupech výroby kompozitních
konstrukčních dílů a doporučení pro
jejich výrobu.
Ke zkouškám některých mechanických
vlastností kompozitních vzorků
jsou používány zkušební stroje firem
INSTRON a INOVA, umožňující
zatěžovat vzorky kompozitních materiálů
až k destrukci v různých klimatotechnologických
podmínkách. Metodika
zkoušek kompozitních materiálů
je řešena s ohledem na U. S. normy
American Society for Testing and
Material (ASTM).