Көміртек талшығының дамуы: eVTOL инновациялары үшін жеңіл және тиімді шешімдерді қамтамасыз ету

Кіріспе

eVTOL технологиясы, яғни электрлік вертикальдық қону мен ұшу ұшақтары, қазіргі уақытта қалалар бойынша жылжу тәсілі үшін шынымен өзгеше нәрсе болып табылады. Бұл ұшатын құрылғылар дәстүрлі жерлік көлік түрлерімен салыстырғанда қысқа уақыт ішінде жүру мүмкіндігін береді және шығарындыларды азайтады. Көміртегі талшығы осындай ұшақтарды жасақтауға үлкен үлес қосады, себебі ол супер жеңіл және өте берік материал болып табылады. Инженерлер eVTOL-дарды көміртегі талшығынан жасалған бөлшектерді пайдаланып жасаған кезде, олар өз құрылымдарының қауіпсіздік шегін, отын тиімділігін және жалпы өнімділігін жақсартады. Осындай материалдар ғылымының жетістіктері арқасында өнеркәсіп нақты даму қарқынын бастан кешіруде. Біз қазіргі уақыттағы баламаларға қарағанда көп ластанбай, ірі метрополиялық аймақтардағы таса жүрісті шынымен азайта алатын ұшақтар туралы сөйлеп жатырмыз.

Бұл не Көміртекті талшықтар ?

Көміртегі талшықтар өзінің өте жеңіл болуымен қатар беріктігі арқасында композитті материал ретінде ерекшеленеді, сонымен қатар оңай коррозияға ұшырамайды. Сондықтан да аэрокосмостық сияқты салаларда оны пайдалануды жақсы көреді. Бұл материалды ерекше ететін не? Негізінен, бұл адам шашына қарағанда жіңішке келетін өте кішкентай көміртегі жіпшелерінен тұрады. Өндірушілер бұл талшықтарды бір-біріне иіп жіпке айналдырады, ал одан әрі оларды мата тәрізді құрылымдарға тоқиды. Өңделгеннен кейін алынатын өнім – табақшада жеңіл болуымен қатар, үлкен жүктеме кезінде де шыдай алатындай берік болады. Алюминий сияқты кәдімгі материалдармен салыстырғанда көміртегі талшықтары композиттері механикалық тұрғыдан толықтай жақсырақ әрекет етеді.

Көміртегі талшықтарды жасау үшін бірнеше маңызды кезеңдерден өту қажет. Бірінші кезекте — дұрыс шикізатты таңдау, әдетте полиякрилонитрил (PAN) немесе піч. Осы заттар полимерлеу арқылы өңделеді, нәтижесінде біз бәріміз естіп жүрген ұзын тізбекті молекулаларға айналады. Осы кезеңнен кейін көмірлеу келеді, әсіресе өндірушілер материалды оттегісіз ортада өте жоғары температурада қыздырған кезде. Бұл кезде көміртегіден басқа барлығы алынып тасталады, нәтижесінде негізінен тек көміртегі атомдары қалады. Осы талшықтар дайын болғаннан кейін олар қажетті пішінге байланысты әртүрлі үлгілерде тоқылады. Содан кейін смола салынады, бұл бәрін бір-біріне бекітіп, әуежай компоненттері, автомобиль бөлшектері, спорт құрал-жабдықтары және тіпті қазіргі уақытта медициналық құрылғылар үшін жеткілікті берік композиттерді жасайды.

Көміртегі талшық бірнеше түрлерде келеді, негізінен олардың созылу беріктігі мен қаттылық сипаттамалары бойынша ажыратылады. Жоғары беріктікті нұсқаларды мысалға алсақ, бұл талшықтар көптеген жоғары кернеулерді шыдай алады, сондықтан олар істен шығуға жол берілмейтін маңызды құрылымдық компоненттерде жиі қолданылады. Екінші жағынан, стандартты модульді көміртегі талшық өнімде белгілі бір серпімділік қажет болған кезде, бірақ беріктікті сақтау қажет болған кезде жақсы жұмыс істейді, мысалы велосипед рамалары немесе белгілі бір ұшақ бөлшектері. Бұл әртүрлі сорттардың бірін таңдай алу мүмкіндігі компанияларға автомобильдер, ұшақтар және спорт заттары сияқты әртүрлі салаларда дәл қажеттіліктеріне сәйкес дұрыс материалды таңдауға мүмкіндік береді. Бұл икемділік көміртегі талшықты тек көпқырлы емес, сонымен қатар бүгінгі күнгі алдыңғы қатарлы өндіріс ландшафтында тәжірибеде тапшылықсыз қажетті материалға айналдырады.

Неліктен? Көміртекті талшықтар eVTOL қолданбалары үшін іdeal болады

Көміртегі талшықтар eVTOL қолданыстары үшін тамаша таңдау болып табылады, себебі ол өте жеңіл, бұл тиімділікті арттырып, энергияға деген қажеттілікті азайтады. Бұл ұшатын машиналарды жеңіл етіп жасау кезінде олар ауада азырақ қуат пайдаланады, бұл оларды ұзақ мерзімге экологиялық таза және пайдалануға арзан етеді. Сандарға назар аударыңыз: көміртегі талшықтан жасалған бөлшектер әдеттегі алюминий бөлшектерден шамамен 30 пайызға жеңіл болуы мүмкін. eVTOL конструкторлық жобалауда салмақтың осындай түрде азаюы өте маңызды, өйткені кішігірім азайтулар да ұшу уақытының ұзаруы мен жалпы өнімділіктің жақсаруын білдіреді. Өндірушілер жеңілдету тек ақша үнемдеу ғана емес, сонымен қатар олардың ұшақтарының заряд арасында одан әрі ұшуына көмектесетінін біле бастады.

Электрлік вертикальдық көтерілу және қонуға арналған ұшақтар үшін тәулік бойы әртүрлі орталармен жұмыс істеуге шыдайтын көміртегі талшықтың беріктігі мен ұзақ мерзімді пайдаланылуы өте маңызды. Көміртегі талшық тұрақты кернеу немесе сәйкес келген соққылар әсерінен оңай деформацияланбайды, яғни бұл ұшақтар пайдалану кезінде қауіпсіздікті сақтай отырып, ұзақ уақыт қызмет ете алады. Нақты әлемдегі сынақтар көміртегі талшықтың экстремалды ауа райы жағдайларына да шыдайтынын көрсетеді, сондықтан ұшақтарды жиі алмастыру қажет болмайды. Нақты өнімділік көрсеткіштеріне назар аударсақ, көміртегі талшық бірнеше жыл бойы қызмет еткеннен кейін де тозбауы мен қасиеттерін сақтауы арқасында ерекше орын алады. Электрлік вертикальдық көтерілу және қонуға арналған ұшақтар паркін басқаратын компаниялар үшін мұндай ұзақ мерзімді пайдалану тура шығарылымдарға әкеледі және техникалық қызмет көрсету проблемаларын азайтады, сондықтан олар күнделікті талаптарды шыдай алатын мықты шешім іздеп жүрген қала көлігі желілері үшін нақты балама болып табылады.

Қолданылатын Көміртекті талшықтар eVTOL ұшақтарында

Әуе кеңістігін пайдалану саласы eVTOL (Электрлік вертикальдық көтерілу және қону) ұшақтарының қанаттары, фюзеляждар және роторлық жинақтар сияқты көптеген бөлшектері үшін көміртегі талшығын қолдануды таңдады. Бұл материалдың тартымдылығы — оның нақты салмағына қатысты тамаша беріктігінде. Көміртегі талшығынан жасалған ұшақтар конструкциялық бүтіндікті құрбандыққа шалмай-ақ артық салмақтан арыла алады. Салмағы жеңіл ұшақтар барлық жағдайда отынның тиімді пайдаланылуын білдіреді және eVTOL операцияларына тән қиын көтерілу мен қонулар кезінде пилоттарға жақсартылған басқару мүмкіндігін береді. Бұл артықшылықтар көміртегі талшығын келешек ұрпақтың вертикалдық ұшу технологиясы үшін тек жақсы таңдау емес, сонымен қатар тіпті міндетті компонентке айналдырады.

Көміртек талшығы тек eVTOL-дардың рамасы үшін ғана емес, сонымен қатар осы әуе кемелерінің ішкі кеңістігінің сыртқы түрі үшін де үлкен рөл атқарады. Өте жеңіл, бірақ берік болғандықтан, конструкторлар ұшып жүрген адамдар үшін кеңістікті немесе ыңғайлылықты құрбан етпей, салмағы аз болатын кабиналар жасай алады. Нақты мысалдарға назар аударғанда, өндірушілер дәстүрлі материалдарды көміртек талшығымен ауыстыру арқылы қауіпсіздік стандарттарын сақтай отырып, отыру орындарын кеңейтуге мүмкіндік алатынын байқаған. Бұл материал тек заттарды жақсырақ көрсету үшін ғана емес, сонымен қатар кабинаның құрылымының маңызды бөліктерін нығайтады және металдық аналогтарға қарағанда тербелісті жақсырақ жұтады. Жолаушылар әдетте ұшу кезінде осы айырмашылықты байқайды, өйткені дәстүрлі әуе кемелеріне қарағанда дірілдеу мен тербелеу көп болмайды.

Бүгінгі күні дамытылып жатқан көптеген электрлік вертикальды ұшу және қону ұшақтары құрылыстарында көміртегі талшықтарының композиттерін пайдалануда. Eve Air Mobility компаниясын бір мысал ретінде алуға болады – олар өзінің жолаушы кабиналарының ішкі конструкцияларына көміртегі талшықтарын енгізу үшін Diehl Aviation компаниясымен нақты бірлесті. Бұл ынтымақтастыру сектор бойынша өндірушілердің материалдардың алдыңғы қатарлы түрлеріне массаны азайту үшін ғана емес, сонымен қатар көміртегі талшығының ыңғайлылық стандарттарын сақтай отырып, конструкциялық беріктікті шынымен жақсартуына байланысты көңіл бөліп отырғанын көрсетеді. Компаниялар жолаушылардың ыңғайлылыын төмендетпей-ақ, техникалық қызмет көрсету циклдері арасында ұзақ уақыт қызмет ететін ұшақтарды алуға ұмтылады, дәл осы мақсатқа ақылды материал таңдау арқылы қол жеткізуге болады.

Пайдасы Көміртекті талшықтар eVTOL Инновациясы үшін

Көміртегі талшықтарды қолдану жылдамдық, бұл ұшу машиналарының тасымалдай алатын жүгі және электр энергиясын пайдалану тиімділігі тұрғысынан алғанда eVTOL өнімділігін басқа деңгейге көтереді. Өндірушілер осы материалды қолданып ұшақтың салмағын азайтқан кезде нәтижесінде тек жылдамдық ғана емес, сонымен қатар жүк жүктерін тасымалдау сапасы да жақсаяды. Электрлік вертикальдық көтерілу ұшу аппараттарын жобалаумен айналысатын инженерлердің көбісі конструкцияға көміртегі талшықтарын қосу аккумуляторлардың қосымша жұмыс істеуіне емес, одан әрі ақылды жұмыс істеуіне ықпал ететінін біледі. Бұл аккумулятормен жұмыс істейтін ұшу аппараттары үшін өте маңызды, себебі бұл тікелей заряд арасында қанша уақыт аспанда болуы мен қанша қашықтыққа ұшатынына әсер етеді. Ұшақ соғұрлым жеңіл болса, оның қайта зарядталмай ұшуы соғұрлым ұзақ болады.

Көміртегі талшық шынымен де бірнеше нағыз экологиялық пайдаларға ие, өйткені оны бірнеше рет қайта өңдеуге болады. Компаниялар ұшақ жасауда осы материалды қолдана бастаған кезде, бұрынғы қолданылған және сапа жағынан озық емес материалдармен байланысты экологиялық шығындар азаяды. АҚШ-тың Экологиялық қорғау агенттігі (EPA) деректеріне сәйкес, жеңіл ұшақтар ұшу кезінде аз отын жағады, яғни уақыт өте келе атмосфераға аз зиянды газдар бөлінеді. Бұл авиакомпаниялар үшін жалпы экологиялық іздерін азайту мен әрі қарай өнімділік стандарттарын сақтау маңызды болып табылады.

Материалдар бойынша ғалымдар әуежаңғы технологиясы үшін шынымен ойынды өзгерте алатын нәрсе ретінде көміртегі талшық туралы сөйлеп келеді. Жасыл әуе материалдары зерттеуінің алдыңғы шепінде жұмыс істейтін доктор Эмили Чанга мысалға алайық. Ол бұл материалдың өте жеңіл екенін, бірақ қауіпсіздікті сақтай отырып, конструкторлар әртүрлі жаңа ұшақ пішіндерін жасауға мүмкіндік беретінін атап өтеді. Ұшатын такси (eVTOL) жасайтын компаниялар көміртегі талшықтан жасалған бөлшектерді қолдануға қазірден-ақ кірісті. Олар жалпы алғанда жақсырақ өнімділік көрсеткіштерін бақылайды, сонымен қатар дәстүрлі материалдарға қарағанда өндіру процестері әдетте аз шығарындылар тудыратындықтан, табиғатты қорғау бойынша маңызды критерийлерді орындай алады.

Қиындықтар мен оларды шешу

Көміртегі талшықты өндіру қымбат болып қала береді, бұл электрлік вертикальды ұшу мен қону (eVTOL) ұшақтарының дамуын шектеп тұр. Әркім көміртегі талшықты өте берік, бірақ жеңіл болуы үшін мадақтаса да, оны жасау күрделі кезеңдерді қажет етеді, бұл бағаны жоғарылатады. Өнеркәсіп бұл мәселені жақсы біледі, сондықтан компаниялар бағаны төмендету үшін жаңа технологиялар үстінде қатты жұмыс істеп, өндіріс көлемін көбейтуге тырысуда. Кейбір өндірушілер өздерінің зауыттарында автоматтандырылған жүйелерді енгізуді бастаса, басқалары әртүрлі материалдар ғылымы тәсілдерімен тәжірибе жасайды. Бұл жұмыстар кейінірек көміртегі талшықты әуежаңдылықтан тыс басқа да салаларда кеңінен қолдану үшін жеткілікті дәрежеде қолжетімді етуі мүмкін.

Көміртегі талшықтардан жасалған құрылымдарды пайдалану және жөндеу көптеген дәстүрлі материалдардан өзгешелігіне байланысты тағы бір үлкен кедергі болып табылады. Бүкіл тексеру процесі арнайы құралдар мен дайындалған мамандарды талап етеді, бұл кезеңдік техникалық қызмет көрсетуді әлдеқайда қиындатады. Кейбір компаниялар бұл құрылымдарды толығымен ажыратпай-ақ тексеру үшін жаңа технологияларды қолдануды бастады. Ыстықтық бейнелеу камералары мен ультрадыбыстық құрылғылар қазір көміртегі талшықтан жасалған бөлшектердегі трещинкалар мен әлсіздіктерді олар үлкен проблемаға айналмас бұрын анықтау үшін жиі қолданыла бастады. Бұл әдістер механиктердің зақымдануды тексеру үшін бүкіл бөліктерді ажыратуы қажет болатын ескі әдістерге қарағанда уақыт пен ақша үнемдейді.

Бұл салада болып жатқан жағдайды қарастырғанымыз компаниялардың осы проблемаларға қалай қарсы тұрғанын көрсетеді. Мысалы, Pivotal компаниясы электрлік тік ұшу-қону технологиясының көшбасшысы болып келеді. Олар өз өнімдерін жақсырақ жасау үшін және оларды сатудан кейін тегіс жұмыс істеу үшін көп уақыт пен ақша жұмсайды. Олардың ерекшелігі жаңа өнертабыстарда емес, бірақ бұл ұшақтар аспанға ұшып шыққан кезде бәрі қауіпсіз және сенімді жұмыс істейтіндігіне көз жеткізуде. Бұл топ ойыншылар заттарды қалай құратынын жетілдіріп, жетілдіруді жалғастыра берген сайын, олар басқаларға көміртек талшықтарынан жасалған, жерді қимайтын eVTOL-дарды қалай жасауға болатынын көрсетеді.

Болашақ үрдістер Көміртекті талшықтар eVTOL-лар үшін

Электрлік тік ұшақтарда пайдаланылатын көміртек талшығының өндірісі қазіргі уақытта үлкен өзгерістерге ұшырауда. Жаңа жетістіктер, соның ішінде автоматтандырылған өндіріс жүйелері мен жақсы композиттік материалдар, бұл арнайы талшықтар өндірісінің құнын азайтып, сапаны құрбан етпей, оларды арзандатуға мүмкіндік береді. Бірақ, қызығы, өндірушілер өздерінің өндірісіне жасанды ақылды енгізуді бастағанда не болады. Бұл ақылды талдау құралдары зауыттардың күнделікті жұмысын жеңілдетеді, басқа жағдайда ысырапқа кететін материалдар үшін ақшаны үнемдейді, сонымен қатар жалпы өнімділікті арттырады.

EVTOL ұшақтарының өнімділігін жақсарту үшін көміртек талшығын материалдармен бірге ақылды технологияларды біріктіру шынымен қызықты нәрсе. Мысалы, цехтар көміртек талшығының өзіне IoT-сенсорларды орнатуды бастаған кезде. Бұл оларға барлық жұмыс істеу көрсеткіштерін нақты уақытта бақылауға және мәселелер пайда болар алдында техникалық қызмет көрсетудің қажеттілігін болжауға мүмкіндік береді. Мұндай тәсіл көміртек талшығының қымбат бағалы компоненттерін уақыт өте келе әлдеқайда ақылды етеді. Олар шынымен операторларға өздерінің жағдайы мен ұшу операциялары кезінде әртүрлі ортамен қалай әрекеттесіп жатқаны туралы маңызды ақпарат беруі мүмкін. Кейбір компаниялар келесі ұрпақ конструкцияларының бөлігі ретінде осындай технологиялық интеграцияны сынап көруде.

Соңғы нарықтық зерттеулер әуежаңғы қолданыстарында көміртегі талшығының маңызды потенциалын көрсетіп отыр. Өткен тоқсандағы сала болжамдарына сәйкес, қалалар әуе таксиі мен басқа да қалалық ұшу түрлерін жедел қарастыра бастаған кезде, eVTOL өндірісінде қолданылатын көміртегі талшығына деген сұраныс шынымен артып келе жатқанын байқауға болады. Бұл үрдістің қозғаушы күші неде? Әуе көліктерін жобалаушылар беріктікті қадағаламай массаны азайтатын материалдарды қажет етеді. Көміртегі талшық екі пайданы да әкеледі, сонымен қатар ұшақтардың экологиялық нормаларға қатаң талаптарға сай келуіне көмектеседі. Сектордың бойынша өндірушілер бұл жаңаша композиттерге ұзақ мерзімді қарай ығысуға жауап ретінде жабдықтау тізбегін бұрын-бұрын бейімдеуде.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

EVTOL технологиясы неге?

eVTOL - электр Vertical Take-Off and Landing (ВТПЖ) дегенді білдіреді. Бұл қала ұшақ шеберлігі үшін дизайнланған, ВТПЖ қабілеті бар электр қорыққымен жабдықталған ұшақтар.

Неліктен карбон жиындық eVTOL-ге маңызды?

Карбон жиындық eVTOL-лер үшін маңызды, себебі оның қысық, қалыптастыруға мүмкіндік беретін қабілеттері қызмет етеді, энергия сапарын азайтуға, шеберлік пен қауіпсіздікке жақсы әсер етеді.

Карбон жиындық қалай eVTOL шеберлігін жақсартады?

Карбондық волокно еВТОЛ-дердің қызметтерін жылдамдық, көлік жүктеу қабілеті және аккумуляторлардың қиыншылығын жақсарту арқылы жеткізеді, онымен бірге қауіпсіздік пен сапалылықты жақсартатын қоңырау тегін, бірақ қажетті қоршаған платформа да береді.

ЕВТОЛ-дерде карбондық волокно пайдаланудағы мәселелер қандай?

Мәселелерге үлкен шығыс құны мен құрылғыларға қатысты қатерлеу және таңдау процесстері қосылады, олар әдетте әртүрлі тәжірибелі тренинг және құрылғылар қажет етеді.

ЕВТОЛ-дерде карбондық волокно үшін неше болашақ тенденциясы күтеміз?

Болашақ тенденцияларына сипаттама құру процесстерінде жаңа жобалау, зерттеу технологияларымен интеграциялау және көмірлік қозғалыс дамуы бойынша талаптар өсуі қосылады.