Là một công nghệ vật liệu mới, vật liệu composite đã được sử dụng rộng rãi trong máy bay quân sự.
Vào thập niên 1960,vật liệu composite cốt sợi thủy tinh lần đầu tiên bắt đầu được sử dụng trong fairing máy bay, flaperon. Tại thời điểm này, tính chất cơ học của vật liệu composite tương đối thấp và các bộ phận máy bay làm bằng vật liệu composite có kích thước và mức độ lực nhỏ.
Vào cuối những năm 1960,vật liệu tổng hợp sợi boron/epoxy bắt đầu được sử dụng trong cấu trúc máy bay. Ví dụ, chiếc F-14 bắt đầu sử dụng vật liệu tổng hợp nhựa epoxy được gia cố bằng sợi boron cho phần đuôi phẳng vào năm 1971.
Vào giữa-1970s,một vật liệu composite hiệu suất cao với sợi carbon làm cốt thép đã ra đời, mở ra ứng dụng quy mô lớn của vật liệu composite trong máy bay. Vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi carbon có độ bền riêng cao tuyệt vời, mô đun riêng cao, khả năng chống ăn mòn và chống mỏi rất phù hợp với yêu cầu của thiết bị hàng không. Vật liệu composite cốt sợi carbon dần được sử dụng trong đuôi đứng và đuôi phẳng của máy bay quân sự có lực lớn và kích thước lớn, chẳng hạn như đuôi composite và đuôi đứng của F-15, F-16, Mig{ {5}}, Mirage 2000, F/A-18 và các loại máy bay khác. Kể từ những năm 1970, vây đuôi máy bay quân sự nước ngoài đều sử dụng vật liệu composite. Đuôi phẳng và đuôi thẳng đứng làm bằng vật liệu composite thường chiếm 5 phần trăm -7 phần trăm tổng trọng lượng kết cấu của máy bay.
Sau khi vây đuôi bước vào kỷ nguyên vật liệu composite,ứng dụng của vật liệu composite bắt đầu phát triển đối với cánh, thân máy bay và các bộ phận chính khác của máy bay quân sự có lực kết cấu lớn và kích thước lớn. McDonnell Douglas đi tiên phong trong cánh composite F/A-18 vào năm 1976 và được đưa vào sử dụng năm 1982, tăng mức sử dụng composite lên 13 phần trăm . Kể từ đó, cánh máy bay quân sự do các nước phát triển hầu hết đều được làm bằng vật liệu composite. Ví dụ: AV-8B, B-2, F/A-22, F/A-18E/F, F-35 của Hoa Kỳ, Rafale của Pháp, JAS-39 của Thụy Điển, Typhoon do bốn quốc gia châu Âu cùng phát triển, S-37 của Nga, v.v.
Hiện tại,lượng vật liệu composite trong máy bay quân sự tiên tiến trên thế giới chiếm 20 phần trăm -50 phần trăm trọng lượng của toàn bộ cấu trúc máy bay. Các bộ phận chính của vật liệu composite bao gồm yếm, đuôi phẳng, đuôi dọc, hộp đuôi phẳng, cánh, thân máy bay phía trước, v.v. Nếu vật liệu composite chiếm khoảng 50 phần trăm tổng trọng lượng của máy bay, thì hầu hết các bộ phận kết cấu của máy bay đều được làm bằng vật liệu composite, chẳng hạn như máy bay ném bom tàng hình B-2.
Năm 2020,tỷ lệ nhu cầu sợi carbon trong lĩnh vực hàng không vũ trụ so với nhu cầu sợi carbon trong lĩnh vực hàng không vũ trụ là 1,80%. Cơ sở nhu cầu nhỏ, nhưng nhu cầu hiệu suất cao rất lớn và ứng dụng được sử dụng rộng rãi. Đồng thời, với sự phát triển nhanh chóng của vũ khí chiến lược tầm xa của Trung Quốc, người ta hy vọng sẽ mở rộng tỷ lệ ứng dụng của vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Tàng hình hấp thụ sóng:sợi carbon thông thường là chất phản xạ sóng điện từ và không có chức năng hấp thụ sóng, thông qua quá trình biến đổi bề mặt của sợi carbon (như mạ niken, phủ lớp phủ cacbua silic, v.v.), sự phát triển của sợi carbon mới ( chẳng hạn như sợi carbon tiết diện đặc biệt, sợi carbon xoắn ốc, sợi carbon xốp, ống nano carbon, v.v.), có thể cải thiện đáng kể hiệu suất điện từ của nó.
Sợi carbon đặc biệt được sử dụng để chế tạo máy bay tàng hình, chẳng hạn như máy bay ném bom tàng hình B-2, có toàn bộ thân máy bay được làm bằng composite sợi carbon ngoại trừ composite titan ở dầm chính và khoang động cơ. Lượng CFRP được sử dụng bởi máy bay chiến đấu tàng hình F-22 của Mỹ lên tới 24 phần trăm và lượng vật liệu composite được sử dụng bởi máy bay chiến đấu Typhoon của Anh lên tới 40 phần trăm. Cấu trúc composite hấp thụ sợi carbon là một hướng phát triển quan trọng của vật liệu tàng hình radar, kết hợp các ưu điểm cấu trúc của trọng lượng nhẹ và độ bền cao và đặc tính hấp thụ của composite. Vật liệu hấp thụ sợi carbon là một vật liệu hấp thụ tuyệt vời tích hợp chức năng và cấu trúc. Với sự cải tiến và cải tiến của vật liệu cấu trúc tàng hình, nhu cầu về vật liệu composite sợi carbon sẽ tiếp tục tăng lên.
Trước thế hệ máy bay thứ tư của Trung Quốc, phạm vi ứng dụng của vật liệu composite chỉ giới hạn ở cánh đuôi, cánh vịt và các kết cấu chịu lực thứ cấp khác, tỷ lệ này nhỏ hơn 10%, liều lượng vật liệu composite của máy bay thế hệ thứ tư đã tạo ra sự rõ ràng bước đột phá, liều lượng vật liệu tổng hợp đạt khoảng 20 phần trăm của toàn bộ cấu trúc máy.
Sau gần 40 năm phát triển, các vật liệu tổng hợp dựa trên nhựa tiên tiến dành cho máy bay quân sự đã được phát triển từ các bộ phận không chịu tải đến các bộ phận chịu lực thứ cấp và chính và có thể đạt được mức giảm trọng lượng đáng kể từ 20% ~ 30%. Về mức tiêu thụ, lượng vật liệu composite được sử dụng trong máy bay quân sự tiên tiến hiện đã vượt quá 30% và tỷ lệ này sẽ ổn định trong tương lai. Trong sản xuất máy bay quân sự, vật liệu composite gốc nhựa có thể được sử dụng để sản xuất mái vòm, cánh, thân máy bay, cánh mũi, đuôi phẳng và vỏ động cơ của máy bay chiến đấu.
Bản thân F-35 được chế tạo bằng cách sử dụng nhiều vật liệu tổng hợp sợi carbon có độ bền cao. Đặc biệt, vật liệu tổng hợp sợi carbon được sử dụng một cách sáng tạo trong da, cấu trúc cánh và các bộ phận cấu trúc thân xe. Vật liệu tổng hợp sợi carbon của nó đã chiếm một phần tư tổng trọng lượng của máy bay và một phần ba của cánh. Sợi carbon được cho là yếu tố giảm trọng lượng lớn nhất trong F-35.
Thân máy bay phản lực tàng hình được bao phủ bởi vật liệu hấp thụ radar (RAM), chẳng hạn như B-2 Sprite hoặc F117 Nighthawk, được thiết kế để chuyển đổi sóng điện từ thành nhiệt. RAM mất tính toàn vẹn dưới tác động của nhiệt độ, độ ẩm và ma sát.
Nhóm nghiên cứu và phát triển tại Đại học Bang Bắc Carolina đã phát triển lớp vỏ polyme tổng hợp gia cố bằng sợi carbon (CFRP) để giải quyết các vấn đề do giới hạn RAM gây ra và được sử dụng trong máy bay ném bom tàng hình B-21. Hỗn hợp này được tăng cường bằng các ống nano carbon (CNT), bền và nhẹ, đồng thời có thể chịu được nhiệt độ trên 1800 độ và giúp dẫn năng lượng điện từ tới.
Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng vật liệu composite mới có độ phát xạ cực thấp, gần như không thể phát hiện được và có thể hấp thụ hơn 90 phần trăm sóng điện từ, so với 70-80 phần trăm RAM hiện được sử dụng trong máy bay tàng hình. Vật liệu mới sẽ được phun lên máy bay và sẽ dày 3mm.
Cánh của sê-ri J-11 và sê-ri J-10 và J-20 của Chengfei được làm bằng vật liệu composite sợi carbon. Ngành hàng không của Trung Quốc đã có nhiều kinh nghiệm thành công trong việc sản xuất các bộ phận nhiều lớp bằng sợi carbon trong 20 năm qua.
Đối với Trung Quốc, máy bay J-20 được phát triển vào cuối những năm 1990 và chuyến bay thử nghiệm của nó bắt đầu vào cuối năm 2010, mang lại cho nước này lợi thế công nghệ với tư cách là người đi sau. Cánh mũi của người tiền nhiệm của J-20, J-10, được làm hoàn toàn bằng vật liệu tổng hợp nhựa bismaleimide được gia cố bằng sợi carbon, có tín hiệu radar nhỏ hơn nhiều so với vật liệu kim loại và thậm chí có thể lớn hơn tàng hình bằng cách pha tạp các vật liệu tàng hình khác vào ma trận nhựa. Cánh mũi của J-20 cũng sẽ sử dụng các kết quả nghiên cứu tiếp theo, trong khi bộ ổn định ngang của F-22, cũng là một phần kim loại, không nhất thiết phải tàng hình hơn. Ngoài ra, cánh mũi của J-20 được đảo ngược lên trên và cánh hướng xuống dưới, do đó, sóng radar phản xạ bởi mép trước của cánh mũi sẽ không tiếp tục tỏa ra mép trước của cánh chính và tạo thành phản xạ thứ cấp, đây cũng là yếu tố thuận lợi để tàng hình.
