naujienos

Ilgą laiką pasikliavę termoreaktyviomis anglies pluošto medžiagomis, gamindami labai stiprias kompozicines orlaivių konstrukcines dalis, orlaivių ir kosmoso originalios įrangos gamintojai dabar naudojasi kita anglies pluošto medžiagų klase, nes technologijų pažanga žada automatizuotą naujų termoreaktyvių dalių gamybą dideliu kiekiu, mažomis sąnaudomis ir lengvesnis svoris.

Nors termoplastinės anglies pluošto kompozitinės medžiagos „buvo naudojamos ilgą laiką“, tik neseniai aviacijos ir kosmoso gamintojai galėjo apsvarstyti galimybę plačiai naudoti jas gaminant orlaivių dalis, įskaitant pirminius konstrukcinius komponentus, sakė Stephane'as Dionas, Collins Aerospace Advanced Structures padalinio inžinierius.

Pasak jo, termoplastiniai anglies pluošto kompozitai gali pasiūlyti orlaivių ir kosmoso originalios įrangos gamintojams keletą pranašumų, palyginti su termoreaktingaisiais kompozitais, tačiau iki šiol gamintojai negalėjo pagaminti dalių iš termoplastinių kompozitų dideliu greičiu ir mažomis sąnaudomis.

Per pastaruosius penkerius metus originalios įrangos gamintojai pradėjo domėtis ne tik dalių gamyba iš termoreaktingų medžiagų, nes vystėsi anglies pluošto kompozitinių dalių gamybos mokslas, pirmiausia naudojant dervos infuzijos ir dervos perdavimo liejimo (RTM) metodus orlaivių dalims gaminti, o vėliau. naudoti termoplastinius kompozitus.

„GKN Aerospace“ daug investavo kurdama savo dervos infuzijos ir RTM technologiją, skirtą didelių orlaivių konstrukcinių komponentų gamybai už prieinamą kainą ir dideliu greičiu. Pasak Maxo Browno, GKN Aerospace pažangių technologijų iniciatyvos „Horizon 3“ technologijų viceprezidento, GKN dabar gamina 17 metrų ilgio vientisą kompozitinį sparno kotą, naudodama dervos infuzijos gamybą.

Diono teigimu, per pastaruosius kelerius metus originalios įrangos gamintojų didelės investicijos į kompozitų gamybą taip pat apėmė strategiškas išlaidas pajėgumams plėtoti, kad būtų galima gaminti daug termoplastinių dalių.

Ryškiausias skirtumas tarp termoreaktingų ir termoplastinių medžiagų yra tas, kad termoreaktingos medžiagos turi būti laikomos šaltoje patalpoje, prieš jas formuojant į dalis, o suformavus termoreaktyviąją dalį, ji daug valandų turi būti kietinama autoklave. Procesams reikia daug energijos ir laiko, todėl termoreaktingų dalių gamybos sąnaudos paprastai išlieka didelės.

Kietėjimas negrįžtamai pakeičia termoreaktingo kompozito molekulinę struktūrą, suteikdamas daliai tvirtumo. Tačiau dabartiniame technologijų vystymosi etape kietėjimas taip pat daro dalį medžiagos netinkamą pakartotiniam naudojimui pirminėje konstrukcijos dalyje.

Tačiau, pasak Diono, termoplastinėms medžiagoms nereikia šaldymo ar kepimo, kai jos pagamintos į dalis. Jie gali būti įspausti į galutinę paprastos dalies formą – kiekvienas „Airbus A350“ fiuzeliažo rėmų laikiklis yra termoplastinė kompozicinė dalis – arba į tarpinį sudėtingesnio komponento etapą.

Termoplastinės medžiagos gali būti suvirinamos įvairiais būdais, todėl iš paprastų konstrukcijų galima pagaminti sudėtingas, labai formų detales. Šiandien daugiausia naudojamas indukcinis suvirinimas, kuris leidžia tik plokščias, pastovaus storio dalis iš smulkesnių dalių, pasak Dion. Tačiau „Collins“ kuria vibracinio ir trinties suvirinimo technologijas, skirtas termoplastinėms dalims sujungti, o kai tik bus sertifikuotas, tai galiausiai leis pagaminti „tikrai pažangias sudėtingas struktūras“, sakė jis.

Galimybė suvirinti termoplastines medžiagas, kad būtų sukurtos sudėtingos konstrukcijos, leidžia gamintojams atsisakyti metalinių varžtų, tvirtinimo detalių ir vyrių, kurių reikia termoreaktingoms dalims sujungti ir sulankstyti, taip sukuriant maždaug 10 procentų svorio mažinimo naudą, apskaičiavo Brownas.

Vis dėlto, pasak Browno, termoplastiniai kompozitai geriau sukimba su metalais nei termoreaktingi kompozitai. Nors pramoniniai moksliniai tyrimai ir plėtra, kuriais siekiama sukurti praktinį šios termoplastinės savybės pritaikymą, išlieka „ankstyvos technologijos parengties lygiu“, galiausiai tai gali leisti aviacijos ir kosmoso inžinieriams sukurti komponentus, kuriuose yra integruotų hibridinių termoplastinių ir metalinių konstrukcijų.

Viena iš galimų pritaikymų galėtų būti, pavyzdžiui, vientisa, lengva lėktuvo keleivio sėdynė su visa metalo grandine, reikalinga sąsajai, kurią keleivis naudoja skrydžio pramogų parinkčių pasirinkimui ir valdymui, sėdynių apšvietimą, viršutinį ventiliatorių. , elektroniniu būdu valdomas sėdynės atlošas, langų šešėlių neskaidrumas ir kitos funkcijos.

Skirtingai nuo termoreaktingų medžiagų, kurias reikia kietinti, kad iš dalių, į kurias jos pagamintos, būtų reikalingas standumas, stiprumas ir forma, termoplastinių kompozitinių medžiagų molekulinės struktūros nesikeičia, kai jos pagamintos į dalis, pasak Diono.

Dėl to termoplastinės medžiagos yra daug atsparesnės lūžiams smūgiams nei termoreaktingos medžiagos, o struktūrinis tvirtumas ir stiprumas yra panašus, jei ne stipresnis. „Taigi galite suprojektuoti [detales] daug plonesniems gabaritams“, - sakė Dionas, o tai reiškia, kad termoplastinės dalys sveria mažiau nei bet kurios pakeistos termoreaktingos dalys, net neskaitant papildomo svorio sumažėjimo, atsirandančio dėl to, kad termoplastinėms dalims nereikia metalinių varžtų ar tvirtinimo detalių. .

Termoplastinių dalių perdirbimas taip pat turėtų būti paprastesnis nei termoreaktingų dalių perdirbimas. Esant dabartinei technologijų padėčiai (ir kurį laiką ateityje), negrįžtami molekulinės struktūros pokyčiai, atsirandantys kietinant termoreaktyvias medžiagas, neleidžia naudoti perdirbtų medžiagų naujoms lygiaverčio stiprumo detalėms gaminti.

Termoreaktyviųjų dalių perdirbimas apima anglies pluošto susmulkinimą medžiagoje į mažus gabalus ir pluošto ir dervos mišinio sudeginimą prieš jį perdirbant. Perdirbimui gauta medžiaga yra struktūriškai silpnesnė nei termoreaktyvi medžiaga, iš kurios buvo pagaminta perdirbta dalis, todėl perdirbus termoreaktyvias dalis į naujas paprastai „antrinė struktūra paverčiama tretine“, sakė Brownas.

Kita vertus, kadangi termoplastinių dalių molekulinės struktūros nesikeičia dalių gamybos ir dalių sujungimo procesuose, jas galima tiesiog išlydyti į skystą formą ir perdirbti į tokias pat stiprias dalis kaip originalai, pasak Diono.

Orlaivių dizaineriai gali rinktis iš plataus įvairių termoplastinių medžiagų pasirinkimo projektuodami ir gamindami dalis. Galima įsigyti „gana platų dervų asortimentą“, į kuriuos galima įterpti vienmačius anglies pluošto siūlus arba dvimačius pynimus, todėl medžiagos savybės skiriasi, sakė Dionas. „Įdomiausios dervos yra mažai besilydančios dervos“, kurios lydosi santykinai žemoje temperatūroje, todėl gali būti formuojamos ir formuojamos žemesnėje temperatūroje.

Pasak Diono, skirtingos termoplastikų klasės taip pat siūlo skirtingas standumo savybes (aukštą, vidutinį ir žemą) ir bendrą kokybę. Aukščiausios kokybės dervos kainuoja brangiausiai, o įperkamumas yra termoplastikų Achilo kulnas, palyginti su termoreaktyviomis medžiagomis. Paprastai jie kainuoja daugiau nei termoreaktingi, o orlaivių gamintojai turi atsižvelgti į šį faktą savo sąnaudų ir naudos projektavimo skaičiavimuose, sakė Brownas.

Iš dalies dėl šios priežasties GKN Aerospace ir kiti gamindami dideles orlaivių konstrukcines dalis ir toliau daugiausia dėmesio skirs termoreaktingoms medžiagoms. Jie jau plačiai naudoja termoplastines medžiagas, gamindami mažesnes konstrukcines dalis, tokias kaip stulpeliai, vairai ir spoileriai. Tačiau netrukus, kai didelės apimties ir nebrangių lengvų termoplastinių dalių gamyba taps įprasta, gamintojai jas naudos daug plačiau – ypač augančioje eVTOL UAM rinkoje, padarė išvadą Dion.

kilęs iš ainonline