Kompozyty – rewolucja materiałowa

Początek lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku to pierwsze udane próby zastosowań przede wszystkim włókien węglowych i szklanych w niektórych elementach płatowca. Ostatnie dziesięciolecia dwudziestego wieku charakteryzowały się już niezwykle dynamicznym rozwojem materiałów konstrukcyjnych oraz szybkim przyrostem parametrów użytkowych tych materiałów. Generalnie kompozyty stanowią odpowiedź na rosnące zapotrzebowanie na materiały o lepszych właściwościach konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, a ponadto pozwalają na świadome kształtowanie pożądanych właściwości w stopniu niedostępnym w przypadku stosowania tradycyjnych stopów aluminium. Czym tak naprawdę jest kompozyt? W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że są to najczęściej odpowiednio poukładane włókna węglowe lub szklane tworzące matę w osnowie żywicy epoksydowej. Taką matę układa się w specjalnej formie nadającej jej żądany kształt, a następnie po nasączeniu żywicą przykrywa się szczelnie folią. Między wstępnie uformowanym kompozytem a folią wytwarza się próżnię w celu usunięcia resztek powietrza. Końcowym etapem produkcji jest umieszczenie całości w autoklawie, gdzie następuje trwałe zespolenie kompozytu. Autoklaw jest formą otwieranego zbiornika, w którym panuje wysokie ciśnienie i temperatura. W lotnictwie spotyka się głównie dwa rodzaje kompozytów: złożone z kilku rodzajów  warstw charakteryzujących się ukierunkowanymi właściwościami wytrzymałościowymi. Warstwy te nakłada się na przemian i potem trwale zespala. To rozwiązanie stosuje się głównie jako poszycie kadłuba i skrzydeł; wielowarstwowe (ang. sandwich); przykładem kompozytu wielowarstwowego jest szeroko stosowany w lotnictwie kompozyt z rdzeniem w postaci „plastra miodu” spotykany przede wszystkim w konstrukcji stateczników pionowych i poziomych, klap oraz lotek.

Rosnące wykorzystanie kompozytów w lotnictwie wojskowym jest już faktem, a zatem warto prześledzić proces zwiększenia zastosowania nowych materiałów konstrukcyjnych. Na początku należy zadać sobie pytanie: dlaczego kompozyt jest „atrakcyjniejszy” dla konstruktora lotniczego? Zauważono, że tego typu materiały mają dużo mniejszą masę i większą wytrzymałość mechaniczną od dotychczas stosowanych stopów aluminium. Są mniej więcej o trzydzieści procent lżejsze w porównaniu z tradycyjnym aluminium. Dodatkowo istnieje możliwość prawie dowolnego kształtowania wytrzymałości elementu kompozytowego. Ma to tę zaletę, że dowolny element kompozytowy może być w jednym kierunku giętki, a w innym bardzo sztywny. Obecnie, na podstawie wielu symulacji przyjmuje się, że ich trwałość jest „teoretycznie” nieograniczona. Jednak w praktyce trzeba pamiętać o tym, że samolot podczas swej wieloletniej eksploatacji posiadający w swej strukturze kompozyty jest narażony na skrajne warunki atmosferyczne (przede wszystkim duży przedział zmian temperatur i ciśnienia). Ogólnie można stwierdzić, że kompozyt zachowuje swoje właściwości wtedy, gdy jego struktura jest jednolita. Jednak po pewnym czasie eksploatacji mogą pojawić się mikropęknięcia, które niezauważone potrafią rozwarstwić kompozyt, doprowadzając do jego zniszczenia. W lotnictwie kompozyty w dużej ilości pojawiły się blisko sto lat od pierwszego lotu braci Wright. Pierwsze konstrukcje lotnicze były budowane przede wszystkim z drewna, sklejki i płótna. Taki stan rzeczy trwał mniej więcej do początku lat trzydziestych ubiegłego wieku. W przededniu drugiej wojny światowej pojawiły się samoloty wykonane w całości ze stopów aluminium. W latach pięćdziesiątych podjęto pierwsze próby z tytanem; na początku w bardzo niewielkim zakresie. Początek lat sześćdziesiątych to ograniczone zastosowania kompozytów węglowych i szklanych w konstrukcjach wojskowych. Przełom wieku to już istotne zwiększenie ilościowe wykorzystania kompozytu węglowego i szklanego.