Polymeerikomposiitit siviili-ilmailussa
Keränen, Juho (2018)
Kandidaatintyö
2018
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018121851262
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018121851262
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä tutkitaan siviili-ilmailussa hyödynnettävien polymeerikomposiittien käyttökohteita ja materiaalivalintoihin johtaneita syitä. Työstä selviää siviili-ilmailun materiaaleille asettamat vaatimukset ja polymeerikomposiittien tämänhetkinen käyttöaste uusimmissa suositussa siviili-ilma-aluksissa.
Tutkimus on kirjallisuuskatsaus. Tietolähteinä käytetään internetistä vapaasti saatavilla olevaa tietoa ja LUT:n käytössä olevaa painettua ja sähköistä aineistoa. Tutkimus rajataan liikenneilmailussa ja yleisessä ilmailussa käytettäviin kiinteäsiipisiin ilma-aluksiin ja helikoptereihin. Polymeerikomposiittien käyttökohteet rajataan edelleen ilma-aluksen runkoon, siipiin ja sisätiloihin.
Tutkimuksesta selvisi, että ilmailun kannattavuuden säilyttäminen vaatii kehityksensä päähän tulleiden kokometallirunkojen unohtamisen. Sen sijaan tulee kehittää polymeerikomposiitteja laajasti hyödyntäviä hybriditeknologioita. Hiilikuitukomposiitti on riittävän suorituskykyistä, että sillä voidaan korvata kovimmillakin rasituksilla olevia metallirakenteita, kunhan rakenne ei rasitu liian monesta suunnasta. Samalla polymeerikomposiitit parantavat aerodynamiikkaa, vähentävät huollon tarvetta ja keventävät rakennetta huomattavasti. Lisäksi komposiitit ovat vasta kehityskaarensa alussa ja kantavat paljon potentiaalia tulevaisuuden varalle. In this bachelor’s thesis, applications for polymer composites in civil aviation are looked at. Also, the reasons behind selection of materials are in great interest. This work finds out the requirements for materials used in civil aviation and the rate of polymer composite usage in the latest trending aircraft.
This is a literature review study. Printed and electronic material accessible by LUT are used as the source of information as well as freely accessible material found through internet. The scope of the study is limited to fixed-wing aircraft and helicopters used in commercial and general aviation. The study is further limited to fuselages, wings and interiors only.
The study tells that in order to keep aviation cost-effective one must forget utilizing all-metal frames in aircraft. Hybrid technologies that widely take advantage of polymer composites are to be developed instead. Carbon fiber reinforced plastics have good enough performance to replace metals even in the heaviest loaded structures when there aren’t too many loading directions. At the same time polymer composites enhance aerodynamics, reduce the need of maintenance and offer significant weight savings. Furthermore, composites are still at the beginning of their technological life cycle and carry a lot of potential for future development.
Tutkimus on kirjallisuuskatsaus. Tietolähteinä käytetään internetistä vapaasti saatavilla olevaa tietoa ja LUT:n käytössä olevaa painettua ja sähköistä aineistoa. Tutkimus rajataan liikenneilmailussa ja yleisessä ilmailussa käytettäviin kiinteäsiipisiin ilma-aluksiin ja helikoptereihin. Polymeerikomposiittien käyttökohteet rajataan edelleen ilma-aluksen runkoon, siipiin ja sisätiloihin.
Tutkimuksesta selvisi, että ilmailun kannattavuuden säilyttäminen vaatii kehityksensä päähän tulleiden kokometallirunkojen unohtamisen. Sen sijaan tulee kehittää polymeerikomposiitteja laajasti hyödyntäviä hybriditeknologioita. Hiilikuitukomposiitti on riittävän suorituskykyistä, että sillä voidaan korvata kovimmillakin rasituksilla olevia metallirakenteita, kunhan rakenne ei rasitu liian monesta suunnasta. Samalla polymeerikomposiitit parantavat aerodynamiikkaa, vähentävät huollon tarvetta ja keventävät rakennetta huomattavasti. Lisäksi komposiitit ovat vasta kehityskaarensa alussa ja kantavat paljon potentiaalia tulevaisuuden varalle.
This is a literature review study. Printed and electronic material accessible by LUT are used as the source of information as well as freely accessible material found through internet. The scope of the study is limited to fixed-wing aircraft and helicopters used in commercial and general aviation. The study is further limited to fuselages, wings and interiors only.
The study tells that in order to keep aviation cost-effective one must forget utilizing all-metal frames in aircraft. Hybrid technologies that widely take advantage of polymer composites are to be developed instead. Carbon fiber reinforced plastics have good enough performance to replace metals even in the heaviest loaded structures when there aren’t too many loading directions. At the same time polymer composites enhance aerodynamics, reduce the need of maintenance and offer significant weight savings. Furthermore, composites are still at the beginning of their technological life cycle and carry a lot of potential for future development.