hír

A repülőgépek nagyon erős kompozit szerkezeti alkatrészeinek előállításához régóta támaszkodva hőre keményedő szénszálas anyagokra, az űrrepülési OEM-ek most a szénszálas anyagok egy másik osztályát választják, mivel a technológiai fejlődés új, nem hőre keményedő alkatrészek automatizált gyártását ígéri nagy mennyiségben, alacsony költséggel és könnyebb súly.

Míg a hőre lágyuló szénszálas kompozit anyagok „régóta léteznek”, az űrrepülőgép-gyártók csak a közelmúltban fontolgathatták széles körű alkalmazásukat repülőgépalkatrészek, köztük elsődleges szerkezeti elemek gyártásában, mondta Stephane Dion, a Collins Aerospace Advanced Structures részlegének mérnöke.

A hőre lágyuló szénszálas kompozitok potenciálisan számos előnnyel járnak a repülőgépgyártóknak a hőre keményedő kompozitokkal szemben, de a gyártók egészen a közelmúltig nem tudtak nagy sebességgel és alacsony költséggel alkatrészeket előállítani hőre lágyuló kompozitokból.

Az elmúlt öt évben az eredeti gyártók a szénszálas kompozit alkatrészek gyártásával foglalkozó tudomány fejlődésével túlléptek az alkatrészek hőre keményedő anyagokból történő gyártásán túl. Először a gyanta infúziós és gyantatranszfer-öntési (RTM) technikákat alkalmazták repülőgép-alkatrészek előállításához, majd hőre lágyuló kompozitok alkalmazása.

A GKN Aerospace jelentős összegeket fektetett be gyanta-infúziós és RTM technológiájának fejlesztésébe, amely lehetővé teszi a nagyméretű repülőgép-szerkezeti alkatrészek megfizethető és magas arányú gyártását. Max Brown, a GKN Aerospace Horizon 3 fejlett technológiai kezdeményezésének technológiai részlegének vezetője szerint a GKN most 17 méter hosszú, egy darabból álló kompozit szárnyszárat készít gyanta infúzióval.

Dion szerint az OEM-ek komoly kompozit gyártási beruházásai az elmúlt néhány évben magukban foglalták a képességek fejlesztésére fordított stratégiai kiadásokat is, amelyek lehetővé teszik a hőre lágyuló alkatrészek nagy volumenű gyártását.

A legszembetűnőbb különbség a hőre keményedő és a hőre lágyuló anyagok között abban rejlik, hogy a hőre keményedő anyagokat hűtőben kell tárolni, mielőtt részekre formáznák, és a formázás után a hőre keményedő alkatrésznek több órán át kell esnie egy autoklávban. A folyamatok sok energiát és időt igényelnek, így a hőre keményedő alkatrészek előállítási költségei általában magasak maradnak.

A kikeményedés visszafordíthatatlanul megváltoztatja a hőre keményedő kompozit molekulaszerkezetét, így az alkatrész szilárdságát adja. A technológiai fejlődés jelenlegi szakaszában azonban a kikeményedés az alkatrészben lévő anyagot is alkalmatlanná teszi az elsődleges szerkezeti komponensben történő újrafelhasználásra.

Dion szerint azonban a hőre lágyuló anyagok nem igényelnek hideg tárolást vagy sütést, ha részekre készítik őket. Benyomhatók egy egyszerű alkatrész végső formájába – az Airbus A350 törzskereteinek minden tartója hőre lágyuló kompozit alkatrész – vagy egy összetettebb alkatrész köztes szakaszába.

A hőre lágyuló anyagok többféleképpen hegeszthetők össze, így egyszerű alépítményekből összetett, nagy formájú alkatrészeket lehet készíteni. Manapság elsősorban az indukciós hegesztést alkalmazzák, amely a Dion szerint csak lapos, állandó vastagságú alkatrészek készítését teszi lehetővé részalkatrészekből. A Collins azonban vibrációs és súrlódó hegesztési technikákat fejleszt hőre lágyuló alkatrészek összekapcsolására, amelyek a tanúsítvány megszerzése után „igazán fejlett összetett szerkezetek” előállítását várják.

A hőre lágyuló anyagok összehegesztésének képessége összetett szerkezetek létrehozásához lehetővé teszi a gyártók számára, hogy felhagyjanak a hőre keményedő alkatrészek összeillesztéséhez és hajtogatásához szükséges fémcsavarokkal, rögzítőelemekkel és csuklópántokkal, így körülbelül 10 százalékos súlycsökkentési előny érhető el Brown becslése szerint.

Brown szerint a hőre lágyuló kompozitok mégis jobban kötődnek a fémekhez, mint a hőre keményedő kompozitok. Míg a hőre lágyuló tulajdonság gyakorlati alkalmazásainak kidolgozását célzó ipari K+F továbbra is „a technológia korai érettségi szintjén marad”, végül lehetővé teheti az űrkutatási mérnökök számára, hogy olyan alkatrészeket tervezzenek, amelyek integrált, hőre lágyuló műanyagból és fémből álló hibrid szerkezeteket tartalmaznak.

Az egyik lehetséges alkalmazás lehet például egy egyrészes, könnyű utasülés, amely tartalmazza az összes fém alapú áramkört, amely az utas által használt interfészhez szükséges a fedélzeti szórakozási lehetőségek kiválasztásához és vezérléséhez, az ülésvilágítás, a felső ventilátor. , elektronikusan vezérelt ülésdőlés, ablak árnyékoló átlátszatlansága és egyéb funkciók.

Dion szerint a hőre keményedő anyagokkal ellentétben, amelyek keménységet, szilárdságot és formát igényelnek azoktól az alkatrészektől, amelyekbe készülnek, a hőre lágyuló kompozit anyagok molekulaszerkezete nem változik, amikor részekre készítik őket.

Ennek eredményeként a hőre lágyuló anyagok sokkal ütésállóbbak, mint a hőre keményedő anyagok, miközben hasonló, ha nem erősebb szerkezeti szívósságot és szilárdságot kínálnak. "Így sokkal vékonyabb méretekre tervezhet [alkatrészeket]" - mondta Dion, ami azt jelenti, hogy a hőre lágyuló alkatrészek kisebb súlyúak, mint bármely hőre keményedő alkatrész, amelyet kicserélnek, még akkor is, ha a további súlycsökkenést az a tény okozza, hogy a hőre lágyuló alkatrészekhez nincs szükség fémcsavarokra vagy rögzítőkre. .

A hőre lágyuló alkatrészek újrahasznosítása is egyszerűbb eljárásnak bizonyul, mint a hőre keményedő alkatrészek újrahasznosítása. A technológia jelenlegi állása mellett (és még egy ideig) a hőre keményedő anyagok térhálósodásával előidézett visszafordíthatatlan molekulaszerkezeti változások megakadályozzák az újrahasznosított anyagok felhasználását új, azonos erősségű alkatrészek előállításához.

A hőre keményedő alkatrészek újrahasznosítása magában foglalja az anyagban lévő szénszálak kis darabokra való őrlését és a szál-gyanta keverék elégetését az újrafeldolgozás előtt. Az újrafeldolgozásra nyert anyag szerkezetileg gyengébb, mint az a hőre keményedő anyag, amelyből az újrahasznosított alkatrész készült, így a hőre keményedő alkatrészek újrahasznosítása jellemzően „egy másodlagos szerkezetet harmadlagos szerkezetté alakít” – mondta Brown.

Másrészt, mivel a hőre lágyuló alkatrészek molekulaszerkezete nem változik az alkatrészgyártási és alkatrész-illesztési folyamatok során, egyszerűen folyékony formába olvaszthatók, és Dion szerint olyan erős alkatrészekké dolgozhatók fel, mint az eredetiek.

A repülőgép-tervezők a különböző hőre lágyuló anyagok széles választékából választhatnak az alkatrészek tervezése és gyártása során. „A gyanták meglehetősen széles választéka” áll rendelkezésre, amelyekbe egydimenziós szénszálas filamenteket vagy kétdimenziós szövéseket lehet beágyazni, és ezzel különböző anyagtulajdonságokat lehet elérni – mondta Dion. „A legizgalmasabb gyanták az alacsony olvadáspontú gyanták”, amelyek viszonylag alacsony hőmérsékleten megolvadnak, így alacsonyabb hőmérsékleten formálhatók és formálhatók.

Dion szerint a hőre lágyuló műanyagok különböző osztályai eltérő merevségi tulajdonságokat (magas, közepes és alacsony) és általános minőséget is kínálnak. A legjobb minőségű gyanták kerülnek a legtöbbbe, a megfizethetőség pedig a hőre lágyuló műanyagok Achilles-sarkát jelenti a hőre keményedő anyagokkal összehasonlítva. Általában drágábbak, mint a hőre keményedők, és a repülőgépgyártóknak ezt a tényt figyelembe kell venniük költség-haszon tervezési számításaik során, mondta Brown.

Részben ezért a GKN Aerospace és mások továbbra is a hőre keményedő anyagokra összpontosítanak a repülőgépek nagy szerkezeti alkatrészeinek gyártása során. Már széles körben használnak hőre lágyuló anyagokat kisebb szerkezeti részek, például empennák, kormányok és légterelők készítéséhez. Hamarosan azonban, amikor a könnyű, hőre lágyuló műanyag alkatrészek nagy volumenű, alacsony költségű gyártása rutinszerűvé válik, a gyártók sokkal szélesebb körben használják majd ezeket – különösen a feltörekvő eVTOL UAM piacon – zárta Dion.

az ainonline-ról származnak