жаңалықтар

Ұшақтарға арналған өте берік композициялық құрылымдық бөлшектерді жасау үшін ұзақ уақыт бойы термосеттік көміртекті-талшықты материалдарға тәуелді, аэроғарыштық OEM-тер қазір көміртекті талшықты материалдардың басқа класын қамтиды, өйткені технологиялық жетістіктер жаңа термо-талшықты бөлшектерді жоғары көлемде, төмен бағамен автоматтандырылған өндіруді уәде етеді және жеңілірек салмақ.

Термопластикалық көміртекті талшықты композициялық материалдар «ұзақ уақыт болғанымен», аэроғарыш өндірушілері оларды ұшақ бөлшектерін, соның ішінде негізгі құрылымдық компоненттерді жасауда кеңінен қолдану мүмкіндігін қарастыра алды, деді Стефан Дион, Collins Aerospace компаниясының Жетілдірілген құрылымдар бөлімінің vp инженері.

Термопластикалық көміртекті талшықты композиттер аэроғарыштық OEM-терге термосеттік композиттерге қарағанда бірнеше артықшылықтар береді, бірақ соңғы уақытқа дейін өндірушілер термопластикалық композиттерден жоғары жылдамдықпен және төмен бағамен бөлшектер жасай алмады, деді ол.

Соңғы бес жылда OEM-тер термосеттік материалдардан бөлшектер жасауды қарастыра бастады, өйткені көміртекті талшықты композиттік бөлшектерді өндіру ғылымы дамығандықтан, әуе кемелерінің бөлшектерін жасау үшін алдымен шайыр құю ​​және шайыр беруді қалыптау (RTM) әдістерін қолдана бастады, содан кейін термопластикалық композиттерді қолдану.

GKN Aerospace өзінің шайыр-инфузиялық және RTM технологиясын әзірлеуге үлкен қаржы жұмсады, ол қол жетімді бағамен және жоғары қарқынмен үлкен ұшақтың құрылымдық құрамдастарын өндіруге арналған. GKN Aerospace Horizon 3 озық технологиялар бастамасының технология жөніндегі вице-министрі Макс Браунның айтуынша, қазір GKN шайыр инфузиялық өндірісін пайдалана отырып, ұзындығы 17 метрлік, бір бөліктен тұратын композиттік қанатты шпагат жасайды.

Дионның айтуынша, OEM-тердің соңғы бірнеше жылдағы композиттік өндіріске салған ауыр инвестициялары сонымен қатар термопластикалық бөлшектерді жоғары көлемде өндіруге мүмкіндік беретін мүмкіндіктерді дамытуға стратегиялық шығындарды да қамтиды.

Термосеттік және термопластикалық материалдардың арасындағы ең елеулі айырмашылық термосеттік материалдарды бөліктерге пішіндеуден бұрын салқын қоймада сақтау керек және пішінделгеннен кейін термосеттік бөлік автоклавта көптеген сағат бойы қатаюдан өтуі керек. Процестер көп энергия мен уақытты қажет етеді, сондықтан термосеттік бөлшектерді өндіру шығындары жоғары болып қалады.

Кептіру термосеттік композиттің молекулалық құрылымын қайтымсыз өзгертеді, бұл бөлікке оның беріктігін береді. Дегенмен, технологиялық дамудың қазіргі кезеңінде емдеу сонымен қатар бөліктегі материалды бастапқы құрылымдық құрамдас бөлікте қайта пайдалануға жарамсыз етеді.

Дегенмен, термопластикалық материалдар бөліктерге бөлінген кезде салқын сақтауды немесе пісіруді қажет етпейді, дейді Дион. Оларды қарапайым бөліктің соңғы пішініне — Airbus A350 фюзеляжының рамаларына арналған әрбір кронштейн термопластикалық композициялық бөлікке немесе күрделірек құрамдас бөліктің аралық сатысына штамптауға болады.

Термопластикалық материалдарды әртүрлі тәсілдермен дәнекерлеуге болады, бұл күрделі, жоғары пішінді бөлшектерді қарапайым қосалқы құрылымдардан жасауға мүмкіндік береді. Бүгінгі күні индукциялық дәнекерлеу негізінен қолданылады, бұл Дионның айтуынша, тек жалпақ, тұрақты қалыңдықтағы бөлшектерді қосалқы бөлшектерден жасауға мүмкіндік береді. Дегенмен, Коллинз термопластикалық бөлшектерді біріктіру үшін діріл мен үйкеліспен дәнекерлеу әдістерін әзірлеуде, ол сертификатталғаннан кейін ол «шынымен жетілдірілген күрделі құрылымдарды» шығаруға мүмкіндік береді деп күтеді, деді ол.

Күрделі құрылымдар жасау үшін термопластикалық материалдарды бір-біріне дәнекерлеу мүмкіндігі өндірушілерге біріктіру және бүктеу үшін термосеттік бөліктерге қажет металл бұрандаларды, бекіткіштерді және ілмектерді алып тастауға мүмкіндік береді, осылайша салмақты шамамен 10 пайызға азайтады, деп есептейді Браун.

Браунның айтуынша, термопластикалық композиттер термосеттік композиттерге қарағанда металдармен жақсы байланысады. Термопластикалық қасиетке арналған практикалық қосымшаларды әзірлеуге бағытталған өнеркәсіптік ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар «ерте жетілген технологияның дайындығы деңгейінде» болып қалатынымен, сайып келгенде, ол аэроғарыш инженерлеріне гибридті термопластикалық және металл біріктірілген құрылымдарды қамтитын компоненттерді жобалауға мүмкіндік беруі мүмкін.

Бір әлеуетті қолданба, мысалы, жолаушы өзінің ұшатын ойын-сауық опцияларын, орындық жарықтандыруын, әуе желдеткішін таңдау және басқару үшін пайдаланатын интерфейс үшін қажетті металл негізіндегі схемалардың барлығын қамтитын бір бөліктен тұратын жеңіл лайнер жолаушылар орны болуы мүмкін. , электронды басқарылатын орындықтың еңкеюі, терезе көлеңкесінің мөлдірлігі және басқа функциялар.

Дионның айтуынша, олар жасалған бөліктерден қажетті қаттылықты, беріктікті және пішінді алу үшін емдеуді қажет ететін термосеттік материалдардан айырмашылығы, термопластикалық композициялық материалдардың молекулалық құрылымдары бөліктерге бөлінген кезде өзгермейді.

Нәтижесінде, термопластикалық материалдар термосеттік материалдарға қарағанда соққыға әлдеқайда төзімді, сонымен қатар ұқсас, егер күшті болмаса, құрылымдық беріктік пен беріктік ұсынады. «Осылайша сіз [бөлшектерді] әлдеқайда жұқа өлшемдерге дейін құрастыра аласыз», - деді Дион, термопластикалық бөлшектердің салмағы олар ауыстыратын кез келген термосеттік бөлшектерден азырақ болады, тіпті термопластикалық бөлшектерге металл бұрандалар мен бекіткіштерді қажет етпейтіндіктен қосымша салмақты азайтудан басқа .

Термопластикалық бөлшектерді қайта өңдеу термосеттік бөлшектерді қайта өңдеуден гөрі қарапайым процесті дәлелдеу керек. Технологияның қазіргі жағдайында (және біраз уақыттан кейін) термосеттік материалдарды емдеу нәтижесінде алынған молекулалық құрылымдағы қайтымсыз өзгерістер эквивалентті беріктіктің жаңа бөліктерін жасау үшін қайта өңделген материалды пайдалануға жол бермейді.

Термосеттік бөлшектерді қайта өңдеу материалдағы көміртекті талшықтарды кішкене ұзындықтарға дейін ұнтақтауды және оны қайта өңдеуден бұрын талшық пен шайыр қоспасын жағуды қамтиды. Қайта өңдеу үшін алынған материал қайта өңделген бөлік жасалған термосеттік материалға қарағанда құрылымдық жағынан әлсіз, сондықтан термосеттік бөлшектерді жаңаларына қайта өңдеу әдетте «екінші құрылымды үшінші деңгейге» айналдырады, - деді Браун.

Екінші жағынан, термопластикалық бөлшектердің молекулалық құрылымдары бөлшектерді жасау және бөлшектерді біріктіру процестерінде өзгермейтіндіктен, оларды жай ғана сұйық күйге дейін балқытып, түпнұсқалар сияқты күшті бөліктерге қайта өңдеуге болады, дейді Дион.

Ұшақ конструкторлары бөлшектерді жобалау мен өндіруде таңдауға болатын әртүрлі термопластикалық материалдардың кең таңдауынан таңдай алады. Дионның айтуынша, әртүрлі материал қасиеттерін беретін бір өлшемді көміртекті талшықты жіптерді немесе екі өлшемді тоқымаларды салуға болатын «шайырлардың өте кең ауқымы» бар. «Ең қызықты шайырлар - төмен балқытылған шайырлар», олар салыстырмалы түрде төмен температурада ериді, сондықтан төмен температурада пішінделіп, түзілуі мүмкін.

Дионның айтуынша, термопластиканың әртүрлі сыныптары әртүрлі қаттылық қасиеттерін (жоғары, орташа және төмен) және жалпы сапаны ұсынады. Ең жоғары сапалы шайырлар ең қымбатқа түседі, ал қол жетімділік термосеттік материалдармен салыстырғанда термопластика үшін Ахиллес өкшесін білдіреді. Әдетте, олар термосеттерге қарағанда қымбатқа түседі және ұшақ өндірушілері шығындар/пайдалық дизайн есептеулерінде бұл фактіні ескеруі керек, деді Браун.

Ішінара осы себепті GKN Aerospace және басқалары ұшақтарға арналған үлкен құрылымдық бөлшектерді жасау кезінде термосеттік материалдарға көбірек көңіл бөлуді жалғастырады. Олар қазірдің өзінде термопластикалық материалдарды эмпеннаждар, рульдер және спойлерлер сияқты кішірек құрылымдық бөлшектерді жасауда кеңінен қолданады. Алайда көп ұзамай, жеңіл термопластикалық бөлшектерді жоғары көлемді, арзан өндіру әдеттегідей болған кезде, өндірушілер оларды әлдеқайда кеңірек пайдаланады, әсіресе өсіп келе жатқан eVTOL UAM нарығында, деп қорытындылады Дион.

анонлайннан келеді