ابتكارات سريعة للجيل القادم من الطائرات الكهربائية

الدور الحاسم للمكثفين في تطوير الطائرات الكهربائية

وتمثل الطائرات الكهربائية تحولاً أساسياً في هندسة الفضاء الجوي، إذ تنتقل من الدفع المسبب للحرق إلى مضيق كهربائي عالي التطاير، ويدخل هذا الانتقال مطالب غير مسبوقة على كل عنصر من عناصر الحاسوب، ولا سيما المسرعين، ويجب أن تتولى هذه العناصر الصغيرة ولكن الأساسية الآن إدارة السلوك الكهربائي، والتدوير الحراري، والتدخل الكهرومغناطيسي، ومتطلبات الوزن الخفيف القصوى مع الحفاظ على السلامة الهيكلية التي يتطلبها قادة الصناعة.

لماذا تُدعى "المُستَهَزون" التقليديون "المُتخفّفون" في "الطائرات الكهربائية

وتُصبح مركبات الطائرات التقليدية التي تُصنع عادة من الفولاذ الذي يقاوم التيتانيوم أو الصلب المقاوم للتآكل، على النحو الأمثل بالنسبة للشحنات الميكانيكية، والحياة البدينة، ومقاومة التآكل البيئي، بيد أن الطائرات الكهربائية تُحدث ثلاثة عوامل إجهاد جديدة لا يمكن أن تعالجها بسرعة التركات، أولا، تُنشئ نظم التفكك ذات التردد العالي مسارات كهربائية من خلال الحاسوب الجوي، مما يتطلب وجود ضوضاء كهربائية قوية تؤدي إلى منع حدوث تضاد كهربائي

التصويب والقابلية للاختراق

وكثيرا ما تستخدم الطائرات الكهربائية هياكل البوليمر المعززة من ألياف الكربون لنسبة قوتها إلى الوزن الممتازة، وعندما يتصل جهاز كهرباء المعادن في وجود نظام الكهروليت (الحركة أو التكثيف)، فإن التآكل الغافلي يتسارع بسرعة، وقد تسبب الرافعات التقليدية من الألمنيوم أو الصلب تدهورا هيكليا حول الثقب السريع، ويزداد هذا التحدي تعقيدا في منظومات الكهرباء التي تتعرض فيها للتكسير.

:: السلوكيات الكهربائية وشحنات EMI

وتولد النظم الكهربائية ذات الطاقة العالية في الطائرات الكهربائية حقول كهرومغناطيسية قوية، ولحماية الطيور الحساسة وضمان سلامة الطيران، يجب أن يعمل الحاسوب الجوي كقفص فاراداي، الذي يتطلب مفاصلا تعمل على التصريف الكهربائي بين المكونات الهيكلية، ويجب الآن أن تقوم المفاصل باستخدام الطلاءات غير الموصلية أو الطلاءات (العمل في الطائرات التقليدية لمنع التآكل الجاف) بكسر الاستمرارية الكهربائية.

اليقظة وصناعة السيكلين الحراري

وتنتج المحركات الكهربائية بيانات مختلفة عن ترددات الترددات الحرارية مقارنة بمحركات التربين، مع وجود تناسق أعلى من الترددات، وقد لا تحافظ أجهزة غسل القفل الموحدة أو المكسرات السائدة على الحمولة المسبقة في ظل هذه الظروف، وبالإضافة إلى ذلك، فإن عدم التوافق الحراري بين صومعة المعادن والهيكل المركب يمكن أن يتسبب في فقدان القوة أو حتى السحب السريع.

Innovative Fastener Solutions Driving Electric Aircraft Forward

وقد استجابت صناعة العجلات بموجة من الابتكارات المصممة خصيصا لمنصات الطائرات الكهربائية، وهي حلول تدمج علوم المواد والهندسة الكهربائية والتصميم الميكانيكي في مكونات أكثر تطورا بكثير من المحركات والخصائص البسيطة.

المكثفات: القضاء على قضايا غالفانيا

(أ) أن تكون هذه الطائرات ذات القدرة العالية على إحداث تآكل كامل في الأشعة المتزامنة، لأن هذه الصممات غير المُنتجة في شكلها الأساسي، تكسر الدائرة الكهربائية المُعدة بالكهرباء المُعدة بنسبة 60 في المائة، ولكن يجب أن تكون هندسة دقيقة.

ومن المبادلات أن الصومعات المركبة البحتة تفتقر إلى السلوك الكهربائي، مما قد يتطلب المزيد من السلاسل الرباطية أو المعاطف السلوكية إذا كان على المشترك نفسه أن يوفر مسارا أرضيا، وتبرز التصميمات الهجينة التي تتضمن طبقة سلوكية رفيعة على السطح الخارجي كحل وسط، مما يسمح للسريع بأن يتصرف عندما يمزق ولكن يمنع الخلايا المجرية في ظروف رطبة.

الجهات الفاعلة: إدارة شؤون الأرض والإدماج

(أ) أن تكون هذه المحارم ذات القدرة العالية على التحمل، وتسمح باستخدام المعاطف الكهربائية ذات القدرة العالية، ولكن النسيج العالي، بما يلي:

المكثفات المغلقة ذاتيا: ضمان الحمل المسبق تحت لوحات الديناميكية

وتحتاج الطائرات الكهربائية إلى تصميمات من الجيل التالي.

Smart Fasteners: Real-Time Structural Health Monitoring

وربما يكون أكثر الابتكار ثورية هو Smart fastener ، الذي يتكون من أجهزة استشعار صغيرة لرصد سلامة الطائرة والهيكل حولها، حيث تضم هذه الأجهزة رقاقة صغيرة من أجهزة التزود بالبطاقات، أو جهازاً لا يستخدم الترددات الكهربية، أو أجهزة الاستشعار الاصطناعية ذات الصبغة الاصطناعية السريعة الاصطناعية.

يمكن لفرق الصراخ الذكية أن تبلغ عن: قوة الإصطدام (الحمولة)، درجة الحرارة، التوقيع على الاهتزاز، التهدئة، وحتى وجود الرطوبة أو التآكل، وتتلقى فرق الصيانة إنذارات عندما تهبط قوة الصمّاع تحت عتبة، مما يتيح الصيانة المتوقعة بدلا من التفتيش المقرر، وهذا يقلل من وقت التعطل ويزيد من سلامة الطائرات في المستقبل.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا المكثفات للطائرات الكهربائية

وفي المستقبل، ستستمر تكنولوجيا السرعة في التطور بالتوازي مع قدرات الطائرات الكهربائية، وتشمل الاتجاهات الرئيسية ما يلي:

تصنيع مضاف للمستحضرات الأرضية المكثفة

ويتيح الطباعة 3D استخدام السباكينرز على الوجه الأمثل لمسارات الحمل المحددة والممتلكات المادية، ويمكن أن تؤدي هياكل التذاكر داخل الشقان السريع إلى خفض الوزن مع الحفاظ على القوام، ويمكن أن يؤدي دمج فراش البودر باستخدام سبائك التيتانيوم أو إنكونيل إلى إنتاج صومعات ذات قنوات داخلية معقدة لتبريد السوائل أو تكامل الأسلاك الكهربائية، مما يتيح للسرعات أن تعمل على مضاعفة المهام كأعضاء هيكليين وقطع كهربائية.

Shape Memory Alloy Fasteners

ويمكن للمكثفات التي تُصنع من ممرات الذاكرة (مثلاً، نيتينول) أن تغير معاملها للتوسع الحراري أو حتى الاصطدام الذاتي عند التعرض للحرارة.() وفي الطائرات الكهربائية، حيث يمكن التنبؤ بالدورات الحرارية من مجموعات البطاريات، يمكن لهذه الصومعات أن تحتفظ بقوة ثابتة في جميع ظروف التشغيل، مع إزالة الحاجة إلى إعادة تدوير دورية.() وقد أظهرت البحوث في [الزيادات السريعة]

التوابع الحيوية والمتعددة الوظائف

وتُنتج عن حشرات اللوتس وأقدام الجوز، وتُوفر المعاطف الجديدة خصائص خارقة للهيدروفوبيك لمنع حدوث الارتطام وتساقط الجليد، وتُضاف إلى هذه المعاطف المُسيرة طرقاً مُتَسَكِّلة، ويمكن لهذه المعاطف أن تُدير في آن واحد حماية المغالونات والكهرباء، وتُضمّن بعض المعاطف مواد تغيير تدريجية تستوعب التوابل الحرارية، وتساعد على تنظيم درجات الحرارة المحلية حول وصلات.

التوحيد والتوثيق

ومع تصديق القوات المسلحة الأنغولية ووكالة الدول الأمريكية على نهج الطائرات الكهربائية، يجب أن تتكيف معايير السرعة، وتعمل اللجنة الدولية المعنية بمعايير سرعة تشغيل الفضاء الجوي التابعة للجنة على تطوير مواصفات للأجهزة المركبة للعجلات، والتغطية السلوكية، وبروتوكولات الاتصالات السريعة الذكية، ويتوقع أن ترى معايير جديدة للأجهزة الكهربائية في غضون السنوات الخمس القادمة، وسيتطلب إصدار اختبارات دقيقة للاستمرارية الكهربائية في إطار عمليات التأشير المحتملة.

خاتمة

ولا تقتصر الابتكارات السريعة على التحسينات الإضافية؛ بل هي عوامل تمكين أساسية للطائرات الكهربائية؛ وبدون صومعات يمكن أن توفر التوافق المجري، والسلوكية الكهربائية، ومقاومة الاهتزاز، والرصد الذاتي، فإن السلامة الهيكلية وسلامة نظم الدفع الكهربائي ستتعرض للخطر، وتستجيب الصناعة للحلول الإبداعية التي تؤدي علوم المواد المختلطة، والهندسة الميكانيكية، والتكنولوجيا الرقمية، مع انتقال موثوقية الطائرات الكهربائية من النماذج الأولية إلى الخارج.