Air taxis: Μπορούν οι καινοτόμες λύσεις υλικών να επιτρέψουν μια γρήγορη απογείωση;
Η τεχνολογική πρόοδος μπορεί να αντιμετωπίσει τρεις βασικούς παράγοντες επιτυχίας που αντιμετωπίζει η εμπορευματοποίηση των eVTOL (ηλεκτρική κάθετη απογείωση και προσγείωση, που συχνά αναφέρεται ως «αεροταξί»). Μεταξύ του μέλλοντος και του παρόντος είναι ένας κόσμος σε μετάβαση.
Τα τελευταία χρόνια, ο κλάδος των μεταφορών έχει δει αυξανόμενο ενδιαφέρον και επενδύσεις για την ανάπτυξη αεροταξί εντός και εντός αστικών περιοχών ή οχημάτων eVTOL. Σήμερα, υπάρχουν περισσότερα από 250 τέτοια έργα σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων τόσο νεοφυών όσο και εδραιωμένων εταιρειών. Η βασική πρόκληση που σχετίζεται με τα περισσότερα έργα είναι η εύρεση των σωστών υλικών ή συνδυασμού για την επιτυχή εμπορευματοποίηση των eVTOL.

Πρόκληση 1: Ανταλλαγή απόδοσης έναντι βάρους
Η αντιστάθμιση της απόδοσης έναντι του συνολικού βάρους είναι μια σημαντική πρόκληση για τα οχήματα eVTOL. Για παράδειγμα, επί του παρόντος βασίζονται στην τεχνολογία μπαταριών για τροφοδοσία, αλλά αυτή η μονάδα παραγωγής ενέργειας μπορεί να ζυγίζει έως και 500 κιλά ανά αεροσκάφος. Η πλήρως ηλεκτρική πρόωση παρουσιάζει μοναδικές προκλήσεις όσον αφορά την ισχύ και την αυτονομία. Όσο βαρύτερο είναι το όχημα, τόσο περισσότερη ισχύς καταναλώνει, επομένως το ελαφρύ βάρος είναι κρίσιμο, ενώ παράλληλα διασφαλίζεται σταθερή απόδοση της μπαταρίας.

Η μεγιστοποίηση της αναλογίας ισχύος προς βάρος είναι μια κοινή ανησυχία για την αεροδιαστημική βιομηχανία. Το ελαφρύ βάρος είναι ένα διαχρονικό θέμα στην αεροπορική βιομηχανία από τότε που ξεκινήσαμε την πτήση στις αρχές του 20ου αιώνα. Και η Victrex αντιμετωπίζει ελαφριά ζητήματα με αεροδιαστημικές λύσεις PEEK και PAEK για περισσότερα από 25 χρόνια. Τα διαλύματα πολυμερών VICTREX™ PEEK και PAEK χρησιμοποιούνται κυρίως σε λύσεις αντικατάστασης μετάλλων για αεροδιαστημικές εφαρμογές, όντας 40% ελαφρύτερα και πέντε φορές ισχυρότερα από το μέταλλο. Είναι εν μέρει αυτός ο συνδυασμός υψηλής αντοχής και χαμηλού βάρους που οδήγησε σε περισσότερα από 20.000 εμπορικά αεροσκάφη σε υπηρεσία χρησιμοποιώντας κάποια μορφή πολυμερών υψηλής απόδοσης. Και για καλό λόγο! Παράγει εξαρτήματα με εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, απόδοση υψηλής θερμοκρασίας, αντοχή στη διάβρωση, θερμική και ακουστική μόνωση. Επιπλέον, βοηθούν στη μείωση του βάρους σε σύγκριση με το μέταλλο.

Πρόκληση 2: Μείωση του θορύβου του κινητήρα
Για να γίνουν τα αεροταξί δημοφιλές μέσο μεταφοράς, η άνεση στην καμπίνα είναι «πρέπει». Επομένως, ο θόρυβος του κινητήρα είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας. Οι επιβάτες θέλουν ένα πιο ήσυχο ταξίδι. Για να το αντιμετωπίσουμε αυτό, πρέπει να μάθουμε από άλλους κλάδους. Η αυτοκινητοβιομηχανία είναι ένα καλό παράδειγμα. Η ανάγκη μείωσης ή σωστού μεγέθους κινητήρων τους έχει κάνει πιο «θορυβώδεις» και η βιομηχανία εργάζεται σκληρά για να αντιμετωπίσει αυτά τα προβλήματα NVH (θόρυβος, κραδασμοί, σκληρότητα).

Η Victrex έχει αποδείξει ότι τα πολυμερή γρανάζια PEEK μπορούν να μειώσουν το θόρυβο στις εφαρμογές του κινητήρα κατά 50% (3dB). Το βάρος και η ροπή αδράνειας μειώνονται επίσης σημαντικά όταν χρησιμοποιείτε γρανάζια VICTREX HPG™ σε σύγκριση με γρανάζια από χυτοσίδηρο, κατά 68% και 78% αντίστοιχα. Άλλα πιθανά οφέλη περιλαμβάνουν σημαντικά υψηλότερη ειδική αντοχή (αντοχή ανά μονάδα βάρους) και αντοχή στη διάβρωση σε σύγκριση με τη χρήση μετάλλου.

Ωστόσο, η αντικατάσταση μεταλλικών γραναζιών με γρανάζια PEEK απαιτεί επίσης τεχνογνωσία στον σχεδιασμό των γραναζιών. Αρκετοί παγκόσμιοι κατασκευαστές, συμπεριλαμβανομένου ενός μεγάλου κατασκευαστή αυτοκινήτων, έχουν εξετάσει τα προϊόντα μας για χρήση σε ολόκληρα συστήματα, όχι μόνο σε γρανάζια. Τώρα που τα πρώτα γρανάζια Victrex HPG είναι στο δρόμο, ίσως σε εύθετο χρόνο θα «καταλάβουν» χώρο πάνω από μποτιλιαρισμένους δρόμους.

Μιλώντας για άνετες διαδρομές, αξίζει ίσως να αναφέρουμε ότι τα εμπορικά αεροσκάφη που πετούν σήμερα χρησιμοποιούν θερμική ακουστική μόνωση (TAB) και φράγματα κατά της καύσης από φιλμ PEEK APTIV™ για να απομονώνουν τα διαμερίσματα των επιβατών και να βελτιώνουν την εμπειρία των επιβατών.

Πρόκληση 3: Βελτιστοποίηση κόστους παραγωγής και ταχύτητας
Εξετάζουμε ελαφριές σύνθετες λύσεις για δομικά στοιχεία οχημάτων eVTOL. Υπάρχουν δύο επιλογές πολυμερούς μήτρας - θερμοσκληρυνόμενα και θερμοπλαστικά.

Οι θερμοσκληρυντές απαιτούν σχετικά μεγάλους χρόνους παραγωγής, πρέπει να αποθηκεύονται σε περιβάλλοντα με ελεγχόμενη θερμοκρασία, χαμηλής θερμοκρασίας και έχουν περιορισμένη διάρκεια ζωής.

Αντίθετα, τα θερμοπλαστικά σύνθετα προϊόντα που βασίζονται σε πολυμερή PEEK και PAEK υψηλής απόδοσης έχουν παρόμοια βάρη με τα θερμοσκληρυνόμενα, αλλά προσφέρουν άλλα πλεονεκτήματα, όπως:

Ταχύτερη παραγωγή

Λιγότερη υποδομή που απαιτείται για την κατασκευή

Ανακυκλώσιμο

Δεν χρησιμοποιούνται διαλύτες και

Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής

Αυτά τα πιθανά οφέλη αρχίζουν να αντηχούν σε όλη την αλυσίδα εφοδιασμού. Πρόσφατα, η εταιρεία ανάπτυξης αεροταξί Jaunt Air Mobility ανακοίνωσε μια συνεργασία με την Triumph Group για την ανάπτυξη εξαρτημάτων με βάση θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά για το πρόγραμμα eVTOL.

Ο τέλειος συνδυασμός απόδοσης και αποτελεσματικότητας
Τα θερμοπλαστικά σύνθετα συνδυάζουν εξαιρετικές ιδιότητες υλικού με την κατασκευαστική απόδοση, η οποία αποδεικνύεται καλύτερα στο VICTREX AE™ 250, το οποίο μπορεί να βοηθήσει τη βιομηχανία eVTOL να εξισορροπήσει τις απαιτήσεις κόστους και όγκου. Το VICTREX AE 250 είναι ένα θερμοπλαστικό σύνθετο σε ταινία μονής κατεύθυνσης (UDT). Είναι μοναδικό μεταξύ των θερμοπλαστικών σύνθετων λόγω της χαμηλότερης θερμοκρασίας τήξης του. Το σημείο τήξεως του είναι 303°C, ενώ το σημείο τήξεως του PEEK είναι 343°C. Ωστόσο, η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού είναι 147°C αντί για 143°C. και η κρυσταλλικότητα είναι τυπικά 25-30%, παρόμοια με το PEEK.

Μια πολύ γνωστή μέθοδος επεξεργασίας για τις ταινίες UD είναι η αυτοματοποιημένη διαδικασία τοποθέτησης ινών, η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία σύνθετων εξαρτημάτων πολλαπλασιάζοντας και στοιβάζοντας στρώματα ταινίας UD σε μια αυτοματοποιημένη διαδικασία, η οποία αποφεύγει απαιτητικές και χρονοβόρες χειροκίνητες λειτουργίες. Πρόσφατα, η Victrex δημοσίευσε τα αποτελέσματα μιας κοινής μελέτης με την Coriolis που έδειξε πώς μπορούν να επιτευχθούν ταχύτητες layup 60 m/min – δύο έως έξι φορές πιο γρήγορα από τη συμβατική θερμοπλαστική τεχνολογία – και πλησιάζουν τις ταχύτητες θερμοσκληρυνόμενης.