Kodėl daugiaplokščiai anglies pluošto audiniai, sukalti kilpomis, tapo naujuoju „žemosios altitudės ekonomikos“ mėgiamiausiu sprendimu?

Kokius naujus reikalavimus žemosios altitudės ekonomikos plėtra kelia medžiagoms?

Skraidymo priemonėms ir eVTOLams „lengvumas“ reiškia ne tik svorio mažinimą.

Lėktuvo masės sumažinimas gali sumažinti energijos suvartojimą skrydžio metu, padidinti skrydžio trukmę ir didinti naudingosios krovinio talpos dydį. Todėl minimalus konstrukcijos svorio mažinimas, tuo pat metu užtikrinant konstrukcijos saugumą ir standumą, visada buvo viena iš pagrindinių žemosios skrydžio aukštumo lėktuvų projektavimo problemų.

Tuo pat metu žemosios skrydžio aukštumo lėktuvai taip pat turi būti pritaikyti sudėtingoms apkrovos sąlygoms.

Korpusas, rankenos, sparnai, sraigtai ir jungiamosios konstrukcijos skrydžio metu patiria įvairias apkrovas, įskaitant tempiamąją, gniuždomąją, lenkiamąją, sukimo ir virpamąją apkrovas.

Tai reiškia, kad idealus konstrukcinis medžiagos tipas turi ne tik turėti didelę stiprybę ir standumą, bet taip pat turėti galimybę būti specialiai suprojektuotas taip, kad atitiktų jėgų kryptis, veikiančią skirtingose konstrukcijos dalyse.

Būtent čia pasireiškia daugiakampių anglies pluošto ilginio megztinių audinių privalumai.

Kas yra daugiakampis anglies pluošto ilginis megztinis audinys?

Skirtingai nuo įprastų 0°/90° anglies pluošto paprastųjų ir žirklės raštų, daugiakryptės išilginės megztinės medžiagos nesupina pluoštų paprastai.

Tai leidžia išdėstyti anglies pluoštus skirtingomis kryptimis, pvz.:

0°, ±45° ir 90° krypčių kombinacijomis bei kitomis.

Skirtingomis kryptimis orientuoti pluoštai perneša apkrovas skirtingomis kryptimis, o išilginės megztinės siūlai sujungia atskirus pluoštų sluoksnius į vientisą visumą.

Ši struktūra leidžia medžiagos pluoštų orientacijai geriau atitikti faktines produkto patiriamas įtempimo sąlygas.

Paprasčiausiai tariant:

ten, kur reikia atlaikyti jėgą tam tikra kryptimi, galima išdėstyti daugiau pluoštų toje kryptimi.

Tai taip pat daro daugiakryptes išilgines megztines anglies pluošto medžiagas ypač tinkamomis lėktuvų ir žemumojo skrydžio skrydžio priemonių konstrukcijoms, kurios turi aukštų reikalavimų tiek konstrukcinėms savybėms, tiek svoriui.

Kodėl ji ypač tinkama orlaiviams be pilotų?

1. Daugiaaukštė apkrovos nešimo galimybė, kad būtų patenkinti sudėtingi apkrovos reikalavimai

Skrydžio aparatai yra veikiami jėgų ne tik iš vienos krypties.

Pavyzdžiui, skrydžio metu rankenos vienu metu patiria lenkimo, sukimo ir virpėjimo apkrovas.

Jei naudojami tik vienakryptiniai pluošto išdėstymai, sunku patenkinti mechaninius reikalavimus įvairiomis kryptimis.

Priešingai, daugiakampės struktūros leidžia racionaliau suprojektuoti mechaninę konstrukciją, derinant pluoštus, orientuotus skirtingomis kryptimis, pvz., 0°, ±45° ir 90°.

Konkrečiai:

0° pluoštai pagrindinėmis priemonėmis neša išilgines tempiamosias ir gniuždomąsias apkrovas;

±45° pluoštai padidina konstrukcijos atsparumą šlyties ir sukimo apkrovoms;

tarpusavyje 90° pluoštai padėti pagerinti šoninę stabilumą.

Jungiant pluoštus skirtingais kampais galima pasiekti racionaleres konstrukcijos apkrovos nešančiąją projektavimo schemą.

2. Išskitūs privalumai svorio mažinime

Lėktuvams net nedidelis konstrukcinio svorio sumažėjimas gali duoti akivaizdžių našumo pranašumų.

Anglies pluoštas savo prigimtimi turi aukštą specifinę stiprumo ir standumo reikšmes, todėl suteikia žymius privalumus siekiant konstrukcinio lengvinimo.

Be to, daugiakryptės ilginės megztinės medžiagos leidžia projektuoti pluoštų orientaciją pagal gaminio apkrovos charakteristikas, taip sumažinant nereikalingą medžiagos sluoksniavimą, nepažeidžiant konstrukcinės našumo reikalavimų.

Todėl šis požiūris yra ne tik „pakeisti sunkesnes medžiagas lengvesnėmis“, bet ir metodas pasiekti konstrukcinį lengvinimą optimizuojant pluoštų orientaciją.

Kodėl daugikryptės ilginės megztinės medžiagos pritraukia daugiau dėmesio nei tradicinės medžiagos?

Be toliau nei mechaninės savybės, daugiakryptės išilginės megztinės medžiagos siūlo dar vieną svarbų pranašumą: efektyvų dėjimą.

Tradiciniuose kompozitinių medžiagų gamybos procesuose pluoštai, orientuoti į skirtingas kryptis, dažnai turi būti supjaustyti ir dedami atskirai, o vėliau sukraunami į kelis sluoksnius pagal projektavimo reikalavimus.

Daugiakryptės išilginės megztinės medžiagos leidžia iš anksto sujungti į vieną integruotą medžiagą pluoštus, orientuotus į kelias kryptis. Tai reiškia, kad tam tikrose konstrukcijose galima sumažinti dėjimo etapų skaičių, taip pagerinant medžiagų dėjimo efektyvumą.

Tai ypač svarbu ateities žemumojo aukščio lėktuvų masinei gamybai.

Tai susiję su tuo, kad, kai bepilotiai lėktuvai perkeliami nuo „mažųjų serijų individualizavimo“ prie „masinės gamybos“, medžiagos turi ne tik atitikti našumo reikalavimus, bet taip pat atsižvelgti į:

gamybos efektyvumą, medžiagų panaudojimą, proceso stabilumą ir gamybos kaštus.

Todėl daugiakampių vilninių audinių vertė glūdi ne tik jų „medžiagų savybėse“, bet ir „gamybos efektyvumoje“.

Kur kitur ateityje galėtų būti naudojami anglies pluošto daugiakampiai vilniniai audiniai?

Kai žemosios altitudės ekonomika toliau vystysis, taikymas daugiakampių anglies pluošto medžiagų taikymas nėra ribojamas atskirų detalių.

Būtina stebėti šiuos būsimus kryptis:

1. Skrydžio aparato korpuso konstrukcijos

Naudojamos korpuso apvalkalo, apkrovą nešančių konstrukcijų ir kitų komponentų gamybai siekiant sumažinti svorį ir sustiprinti konstrukciją.

2. Skrydžio aparato rankenos

Sujungus pluoštus, orientuotus į skirtingas kryptis, padidinama rankenų lenkimo ir sukimo atsparumas.

3. Sparnai ir sparnei skirtos konstrukcijos

Pluošto orientacija suprojektuota pagal sparno skirtingų sričių apkrovos charakteristikas, kad būtų pasiektas konstrukcinis optimizavimas.

4. eVTOL korpusas ir vidinės apkrovą nešančios konstrukcijos

Atitinka didelių orlaivių visapusiškus reikalavimus dėl didelės stiprybės, lengvos konstrukcijos ir konstrukcinės stabilumo.

5. Rotoriai ir kiti kompozitiniai komponentai

Pluošto išdėstymas suprojektuojamas pagal specifines apkrovos kryptis, kad būtų pateikti medžiagų sprendimai sudėtingoms kompozitinėms konstrukcijoms.

Weinuo: angl. Weinuo – tiekiamos angl. carbon fibre medžiagos žemumos orlaiviams

Kaip angl. carbon fibre kompozitinių medžiagų tiekėjas, Weinuo siūlo įvairių rūšių produktai įskaitant anglies pluošto audinės – vienkryptes stiprinimo audinius, angl. prepregs, daugiakrypčius išilginio megztinius audinius, angl. carbon fibre plokštes ir CNC apdirbtus komponentus bei turi visapusiškas perdirbimo galimybes – nuo žaliavų iki pusgaminių.

Ypač anglies pluošto daugiakryptis išilginis megztinis gamybos procesas gali teikti medžiagų sprendimus su įvairiomis pluošto kryptimis ir gramatinėmis kombinacijomis, kad būtų patenkintos įvairios klientų konstrukcinio dizaino reikalavimai.

Spartiai vystantis žemumos ekonomikai medžiagų inovacijos iškyla kaip vienas svarbiausių lėktuvų palengvinimo variklių.

Ateityje anglies pluošto daugiakryptės išilginės megztinės audinys tikriausiai taps viena iš pagrindinių medžiagų, leidžiančių daugiau žemumos lėktuvų „skristi lengvesniais“.