uudiseid

Lennukite jaoks väga tugevate komposiitkonstruktsiooniosade valmistamisel tuginedes pikka aega termoreaktiivsetest süsinikkiudmaterjalidest, võtavad kosmosetööstuse originaalseadmete tootjad nüüd omaks teise klassi süsinikkiudmaterjale, kuna tehnoloogilised edusammud lubavad uute mittetermoreaktiivsete osade automatiseerimist suure mahu, madalate kuludega ja kergem kaal.

Kuigi termoplastilised süsinikkiust komposiitmaterjalid "on olemas olnud pikka aega", võisid lennukitootjad alles hiljuti kaaluda nende laialdast kasutamist lennukiosade, sealhulgas esmaste konstruktsioonikomponentide valmistamisel, ütles Collins Aerospace'i täiustatud struktuuride üksuse insener Stephane Dion.

Ta ütles, et termoplastilised süsinikkiudkomposiidid pakuvad kosmosetööstuse originaalseadmete tootjatele termoreaktiivsete komposiitide ees mitmeid eeliseid, kuid kuni viimase ajani ei suutnud tootjad termoplastilistest komposiitidest osi suure kiirusega ja madala hinnaga valmistada.

Viimase viie aasta jooksul on originaalseadmete tootjad hakanud vaatama kaugemale termoreaktiivsetest materjalidest osade valmistamisest, kuna arenes süsinikkiust komposiitdetailide tootmise teaduse tase, kasutades esmalt vaigu infusiooni ja vaigu ülekandevormimise (RTM) tehnikaid lennukiosade valmistamiseks ja seejärel kasutada termoplastseid komposiite.

GKN Aerospace on investeerinud suuri investeeringuid oma vaigu-infusiooni- ja RTM-tehnoloogia väljatöötamisse, et toota suurte lennukite konstruktsioonikomponente soodsalt ja suure kiirusega. GKN Aerospace'i arenenud tehnoloogiate algatuse Horizon 3 tehnoloogia asetäitja Max Browni sõnul valmistab GKN nüüd 17 meetri pikkuse ühes tükis komposiit tiivavarre, kasutades vaigu infusioonitootmist.

Dioni sõnul on originaalseadmete tootjate suured investeeringud viimaste aastate komposiittootmisse hõlmanud ka strateegilisi kulutusi võimete arendamiseks, et võimaldada termoplastsete osade suuremahulist tootmist.

Kõige silmatorkavam erinevus termoreaktiivsete ja termoplastsete materjalide vahel seisneb selles, et termoreaktiivseid materjale tuleb enne osadeks vormimist hoida külmhoones ning pärast vormimist peab termoreaktiivne osa läbima autoklaavis mitu tundi kõvenemist. Protsessid nõuavad palju energiat ja aega ning seetõttu kipuvad termoreaktiivsete osade tootmiskulud jääma kõrgeks.

Kõvenemine muudab termoreaktiivse komposiidi molekulaarstruktuuri pöördumatult, andes detailile tugevuse. Tehnoloogilise arengu praeguses staadiumis muudab kõvendamine siiski ka osa materjali esmaseks konstruktsioonikomponendiks taaskasutamiseks sobimatuks.

Dioni sõnul ei vaja termoplastsed materjalid aga osadeks tehes külmhoonet ega küpsetamist. Neid saab tembeldada lihtsa osa lõplikuks kujuks – Airbus A350 kereraamide iga kronstein on termoplastilisest komposiitosast – või keerukama komponendi vaheetapiks.

Termoplastseid materjale saab kokku keevitada mitmel viisil, võimaldades lihtsatest alamkonstruktsioonidest valmistada keerulisi, suure kujuga detaile. Tänapäeval kasutatakse peamiselt induktsioonkeevitust, mis võimaldab Dioni sõnul alamosadest valmistada ainult tasaseid, püsiva paksusega osi. Kuid Collins arendab termoplastiliste osade ühendamiseks vibratsiooni- ja hõõrdekeevitustehnikaid, mis pärast sertifikaadi saamist võimaldavad lõpuks toota "tõeliselt arenenud keerukaid struktuure", ütles ta.

Võimalus keevitada kokku termoplastseid materjale keerukate konstruktsioonide valmistamiseks võimaldab tootjatel loobuda metallkruvide, kinnitusdetailide ja hingede kasutamisest, mida termoreaktiivsed osad ühendamiseks ja voltimiseks vajavad, luues seeläbi umbes 10-protsendise kaalu vähendamise eelise, hindab Brown.

Browni sõnul seovad termoplastsed komposiidid siiski metallidega paremini kui termoreaktiivsed komposiidid. Kuigi tööstuslik teadus- ja arendustegevus, mille eesmärk on arendada selle termoplastilise omaduse praktilisi rakendusi, jääb "varajase valmiduse tasemele", võib see lõpuks võimaldada kosmoseinseneridel kavandada komponente, mis sisaldavad hübriidseid termoplastist ja metallist integreeritud struktuure.

Üks potentsiaalne rakendus võib olla näiteks ühes tükis kerge lennuki reisijaiste, mis sisaldab kõiki metallipõhiseid vooluringe, mis on vajalikud liidese jaoks, mida reisija kasutab oma parda meelelahutusvõimaluste valimiseks ja juhtimiseks, istmevalgustus, õhuventilaator. , elektrooniliselt juhitav istme kallutus, aknavarju läbipaistmatus ja muud funktsioonid.

Dioni sõnul ei muutu termoplastsete komposiitmaterjalide molekulaarstruktuurid, kui need osadeks tehakse, erinevalt termoreaktiivsetest materjalidest, mis vajavad kõvastumist, et tekitada nende osadest vajalik jäikus, tugevus ja kuju.

Selle tulemusel on termoplastsed materjalid löögi ajal palju murdumiskindlamad kui termoreaktiivsed materjalid, pakkudes samal ajal sarnast, kui mitte tugevamat struktuurset sitkust ja tugevust. "Nii saate kujundada [osi] palju õhemate mõõtudega," ütles Dion, mis tähendab, et termoplastsed osad kaaluvad vähem kui mis tahes termoreaktiivsed osad, mida need asendavad, isegi kui mitte arvestada kaalu täiendavat vähenemist, mis tuleneb asjaolust, et termoplastsed osad ei vaja metallkruvisid ega kinnitusvahendeid. .

Termoplastsete osade ringlussevõtt peaks samuti osutuma lihtsamaks protsessiks kui termoreaktiivsete osade ringlussevõtt. Tehnoloogia praegusel tasemel (ja veel mõnda aega) takistavad termoreaktiivsete materjalide kõvenemisel tekkivad pöördumatud muutused molekulaarstruktuuris ringlussevõetud materjali kasutamist uute samaväärse tugevusega osade valmistamiseks.

Termoreaktiivsete osade ringlussevõtt hõlmab materjalis olevate süsinikkiudude jahvatamist väikesteks tükkideks ja kiu-vaigu segu põletamist enne selle ümbertöötlemist. Ümbertöötlemiseks saadud materjal on struktuurselt nõrgem kui termoreaktiivne materjal, millest ringlussevõetud osa valmistati, nii et termoreaktiivsete osade ringlussevõtt uuteks muudab tavaliselt "sekundaarse struktuuri tertsiaarseks", ütles Brown.

Teisest küljest, kuna termoplastiliste osade molekulaarstruktuurid osade valmistamise ja ühendamise protsessides ei muutu, saab need Dioni sõnul lihtsalt vedelaks sulatada ja ümber töödelda sama tugevateks osadeks kui originaalid.

Lennukikonstruktorid saavad osade projekteerimisel ja valmistamisel valida paljude erinevate termoplastsete materjalide hulgast. Dion ütles, et saadaval on üsna lai valik vaike, millesse saab põimida ühemõõtmelisi süsinikkiudfilamente või kahemõõtmelisi kudumeid, mis annavad erinevaid materjali omadusi. "Kõige põnevamad vaigud on madalal temperatuuril sulavad vaigud", mis sulavad suhteliselt madalatel temperatuuridel ja seega saab neid vormida ja moodustada madalamatel temperatuuridel.

Erinevad termoplastide klassid pakuvad Dioni sõnul ka erinevaid jäikusomadusi (kõrge, keskmine ja madal) ja üldist kvaliteeti. Kõrgeima kvaliteediga vaigud maksavad kõige rohkem ja taskukohasus on termoplastide Achilleuse kanna võrreldes termoreaktiivsete materjalidega. Tavaliselt maksavad need rohkem kui termoreaktiivid ja lennukitootjad peavad seda asjaolu oma kulude ja tulude projekteerimisel arvestama, ütles Brown.

Osaliselt sel põhjusel keskenduvad GKN Aerospace ja teised lennukite suurte konstruktsiooniosade valmistamisel jätkuvalt kõige enam termoreaktiivsetele materjalidele. Nad kasutavad juba laialdaselt termoplastseid materjale väiksemate konstruktsiooniosade, näiteks emennaside, roolide ja spoilerite valmistamisel. Peagi aga, kui kergete termoplastsete osade mahuline ja odav tootmine muutub rutiinseks, hakkavad tootjad neid kasutama palju laiemalt – eriti kasvaval eVTOL UAM-i turul, järeldas Dion.

pärit ainonline'ist