היתרונות הסביבתיים של חומרי קל משקל קלף בהפחתה של משקל מטוסים

תפקיד ה-Flaps בביצוע מטוסים ומשקל

מטוסים הם מכשירים הרמתיים גבוהים על קצה השביל של כנפיים. הם להגדיל את אזור הסימון והמשטח של הזרוע, המאפשר למטוס לייצר יותר מעליות במהירויות נמוכות יותר - קריטי עבור עצירות בטוח ונחיתות. פלפס גם לשפר את המאפיינים של גרר במהלך גישה ונחתה, המאפשרת סטיות תלולות יותר ללא עלייה חדה של עיצובים על אלומיניום או פלדה בגלל כוח מוכח שלהם, כמו גם לחץ אווירי לחץ גבוה יותר של צריכת דלק אחד, עם השפעה יעילה יותר של צריכת משקל אחד.

ניכוי משקל ועוצמה דלק: הקישור הישיר

הפיזיקה פשוטה: מטוס קל יותר דורש פחות דחף לטוס מרחק נתון. Thrust מופק על ידי דלק סילון בוער, אשר משחרר פחמן דו חמצני (CO2) ופליטות אחרות.על פי איגוד התחבורה האווירית הבינלאומי (IATA), ירידה של 1% במשקל מטוסים יכול להניב חיסכון דלק של כ 0.5% ל-0.75%, בהתאם לפרופיל הטיסה. בעוד אחוז זה נראה צנוע, ההשפעה המצטברת על פני צי עולמי של עשרות אלפי מטוסים, 000 של פחות מ"ל, 000 שנים, 000 בממוצע, 000 של פחות מ- 2, 000 בשנה, 000 של צריכת דלק בינוני של פחות מ-4000 קלוריות, 000 בממוצע, 000 בממוצע, 000 של עד 0.75% בשנה, 000 $ בשנה, 000 בממוצע, 000 בממוצע, 000 בממוצע, 000 של עד 0.75%, 000 $ בשנה, לעומת ממוצע של צריכת דלק נמוך יותר מ- 000 בשנה, לעומת ממוצע של צריכת דלק.

דליפות משקל אור לתרום למשוואה זו בשתי דרכים: הם להפחית ישירות את המשקל המבני של הזרוע, והם מאפשרים חיסכון במשקל משני במערכות אחרות. כי האגף חווה רגעים נמוכים יותר עם צפיות קלות, את תיבת האגף ואת מבנים חוזרים ניתן לעצב מחדש עם פחות חומר, המורכב את החיסכון במשקל.אפקט זה מוקרן היטב בעיצוב מטוסים ומהווה עיקרון ליבה של אופטימיזציה אווירית מודרנית.

אפשרויות ל-Light Weight Flaps

מהנדסים יש כיום כמה משפחות חומר מתקדמות לבחירה בעת תכנון של דלות חזקות ואורות.כל חומר מציע הבדלים נפרדים מבחינת משקל, עלות, עמידות וטביעה סביבתית.

Carbon סיבים Reinforced Polymers (CFRP)

תרכובות CFRP הפכו לסטנדרט הזהב של מבנים מטוסים ראשוניים ומשניים, כולל flaps. עם צפיפות בערך מחצית של אלומיניום ותכונות עייפות גבוהות יותר, סיבים פחמן מרוכבים יכול להפחית את משקלם של 25% עד 40% בהשוואה עיצובים קונבנציונליים אלומיניום.בואינג 787 Dreamliner ו- Airbus A350 XWB שניהם מעסיקים CFRP נרחב במבנים שלהם, כולל מפלסים.

אלומיניום מתקדם - ליתיום Alloys

אלומיניום-lithium (אל-לי) ⁇ הם קלים יותר מאלומיניום סטנדרטי כי ליתיום מפחית צפיפות על ידי כ-3% עבור כל 1% של ליתיום הוסיף. ⁇ אלה גם להציג נוקשות משופרת והתנגדות סדקים עייפות. עבור יישומים flap הדורשים סובלנות גבוהה נזק - כגון אלה ליד השורש - אל-לי מציע אפשרות משכנעת כי הוא לחלוטין מחזר באמצעות פיסות אלומיניום קיימות.

Kevlar (Aramid סיבים Composites)

Kevlar הוא סיבים aramid ידוע על חוזק רב הפין גבוה שלה והתנגדות השפעה. בעוד פחות נוקשה מאשר סיבים פחמן, Kevlar-reinforceed מורכב משמשים רכיבים flap כי צריך לעמוד בשבית ציפורים או פסולת השפעה. aramid מורכב הם בערך 20% בהיר יותר מאשר חלקי אלומיניום דומים.עם זאת, Kevlar סופג לחות יותר מאשר סיבים פחמן, אשר יכול להוביל לדימום או להפחתה של סיבים קשים, למרות משקל חזק, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 000 חזק יותר מאשר פחמן, 000.

המונחים:rmoplastic Composites

תרכובות אנדרומסטיק, כגון אלה המבוססים על פוליתר ether ketone (PEEK) או פוליפנולן sulfide (PPS), מייצגים מעמד מתפתח של חומרים דלים קלים. בניגוד למורכבים, thermoplastics ניתן לחמם מחדש ורפורמה, מה שהופך אותם פוטנציאל מחזורי ייצור מהירים יותר כי הם אינם דורשים ריפוי כימי.

יתרונות סביבתיים מעבר לחיסכון בדלק

היתרונות הסביבתיים של פחמי משקל להאריך הרבה מעבר פליטות CO2 מופחתים.מטוס Lighter לייצר רמות נמוכות יותר של תחמוצות חנקן (NOx) כי המנועים פועלים בהגדרות כוח נמוכות יותר עבור אותה משימה. NOx הוא מבשר לאזון ברמה הקרקע ויש לו אפקט התחממות קצר טווח חזק יותר מאשר CO2. בנוסף, ירידה במשקל יכולה להפחית את הרעש במהלך נטילת: מטוס קל יותר דורש פחות דחף, וכתוצאה מכך שיפור שקט ומטה.

יתרון נוסף שנראה לעתים קרובות מופחת ללבוש על כבישים ומונית.המטוסים הכבדים לייצר יותר חיכוך ודורש תחזוקה תכופה יותר, אשר כרוך בפעילות חיסכון באנרגיה ופליטות של ציוד בנייה. על ידי הורדת המשקל המבני של הצי, חברות התעופה ושדות התעופה יכולים להאריך את חיי המדרכה ולהפחית את מחזורי תחזוקה.

הערכה של חומרים קלים במשקל Flap

כדי להעריך באופן מלא את היתרונות הסביבתיים, מהנדסים מעסיקים הערכה מחזור חיים (LCA) מתודולוגיות. LCA חשבונות עבור חומרי גלם, ייצור, תחבורה, שימוש בשירות, וסילוק חיים או מחזור חיים. עבור CFRP, שלב הייצור הוא אנרגיה-רגיש אנרגיה - ייצור פחמן סיבים לבד דורש כ -200- 300 מ"ג / ק"ג, לעומת 150J / ק"ג עבור אלומיניום, אשר שולט על ידי $ 10 ק"מ של מטוסים מסחריים, 000 לחודש (C) אפילו על ידי טיסה של 152 לחודש) של מטוסים מסחריים של מטוסים מסחריים של שטח של קיבולת גבוהה יותר של שטח של שטח של שטח של שטח של שטח של 502.

מחזור נשאר אתגר עבור מסובכים תרמוסט, אשר לא ניתן להתמוסס בקלות.שיטות נוכחיות כוללות שחיקה את החומר למלא עבור מחצני מלט או לשחזר סיבים באמצעות pyrolysis.למרות תהליכים אלה יש דרישות אנרגיה משלהם, הם עדיין תוצאה פליטת מחזור חיים נמוכה יותר מאשר שליחת החומר לקרקע.

נהגים וכלכלה לאימוץ

חברת התעופה מונעת מחיסכון בעלויות הדלק כמו מטרות סביבתיות.דלק ג'ט הוא אחד ההוצאות התפעוליות הגדולות ביותר, בדרך כלל חשבונאות עבור 20-30% מעלויות החברה.כל קילוגרם של משקל שנשמר על מערכת ה-Freap יכול להפחית את חשבונות הדלק השנתיים על ידי מאות דולרים לכל מטוס.עבור צי גדול, תמריץ כלכלי הוא משמעותי יותר, הרגולטורים הם צמצום תקני פליטה של ארגון התעופה הבינלאומי (OCC) ולהפחית את פליטה של חברת התעופה (S) מעל לכל פליטה (ה) להפחתה של חברת התעופה הבינלאומית (SCOST) ולהפחית את פליטהפחתת פליטהפחתת פליטה) מעל לכל פליטה (SAPICO) מעל פני כל פליטות פחמן (ה) מעל פני כל אמצעי תחבורה נמוכה יותר.

ממשלות גם תומכים במעבר.תוכנית המחקר של האיחוד האירופי Sky נקייה מממנת פרויקטים רבים המתמקדים בפלקים מורכבים תרמופלסטיים ומבנים קלים אחרים בארה"ב, פרויקט טכנולוגיית התחבורה האווירית המתקדמת של נאס"א חוקר טכנולוגיות בעלות משקל נמוך של חיל האוויר.שות ציבוריות-פרטיות אלה מאיצות את ההבשלה של חומרים חדשים ותהליכי ייצור, צמצום הסיכון למזג אוויר, אשר חייבים להבטיח יותר מעשורים של שירות.

תוצאות חיפוש: Light Weight Flaps in Service

בואינג 787 Dreamliner

ה-787 כולל את FRP כחלק מהאגף הכל-קומפוי שלו.העיצוב ה-Fap משתמש בעור CFRP מונוליטי עם נוקשות מקובעית, תוך חיסול אלפי ממריצים והפחתה של משקל בכ-20% בהשוואה לאלומיניום המקביל ל-בואינג מדווח כי מסגרת האוויר הכוללת של 787 מורכבת מ-50% במשקל, ומערכות ה-F תורמות ל-20% מהיתרונות של מטוסי ה-F ל-F, אשר מחליפים את ה-Fs.

Airbus A350 XWB

Airbus נטל גישה דומה עם A350, באמצעות CFRP עבור האגף ואת כל תיבת הכנפיים.הפלים מיוצרים באמצעות שרף העברה עובש (RTM), תהליך הניב שבריריות סיבים גבוהים באיכות עקבית.מערכת ה- A350 של ה-Facks הוא בערך 25% יותר קל מאשר עיצוב מתכת קונבנציונלי.

Embraer E-Jets E2

משפחת E-Jets E-Jets E2 של Embraer משתמשת בתערובת של סגסוגת אלומיניום-lithium ורכיבים מורכבים באגף ומבנים flap. The flap Tracks ו-Frequings עשויים מ-Al-Li, בעוד שהפלסטיקים עצמם מורכבים.התוצאה היא שיפור של 10% ביעילות הדלק על פני E-Jets המקוריים, עם חיסכון במשקל משחק תפקיד מרכזי.

אתגרים ומכשולים לאימוץ Wider

למרות היתרונות ברורים, אימוץ נרחב של חומרי נפילה קלים עומד בפני כמה מכשולים.עלות היא גורם עיקרי - סיבים פחמן מרוכבים נשאר יקר יותר מאלומיניום על בסיס קק"ל, ואת תהליכי הייצור דורשים השקעה משמעותית הון יצרניות מטוסים אזוריות קטנות עלולות להיות חסר את הנפח כדי להצדיק עלויות ייצור מתוחכמות.

תיקון ותחזוקה גם שונים ממבני מתכת.תיקון אתרים לעתים קרובות דורשים הכשרה מיוחדת, סביבות מבוקרות וציוד ייבוש. Airlines פועל באזורים מרוחקים עשוי למצוא את זה קשה לגשת למתקנים מורכבים לתיקון.בנוסף, שיטות בדיקה לא הרסניות כגון סריקת קול דורש טכנאים מיומנים לזהות הריסות או disbonds כי יהיה בלתי נראה לעין העירומה.

גם מגבלות שרשרת האספקה הופיעו.הביקוש העולמי לסיבים פחמן מהאנרגיה הרוחית, הרכב, ומגזרי החלל יש מגבלות על היצע, מה שמוביל לספיציפי מחירים ולבעיות הקצאה.עם זאת, יכולת ייצור חדשה מגיעה באינטרנט, וסיבים פחמן ממוחזרים נכנסים לשוק, אשר צריך לייצב מחירים לאורך זמן.

מגמות עתידיות: חומרים ועיצוב

מחקר אפילו חומרים קלים יותר ובר קיימא יותר ממשיך.ביו-דרטיביים, כגון אלה המשתמשים בסיבים טבעיים או epoxy resins, נחקרים עבור מבנים משניים, אם כי עמידות לחמות נשאר חששות. self-healing מרוכבים שילוב מיקרו-capsules של סוכני ריפוי יכול להאריך את תוחלת החיים של העור ולהפחית את הפסולת.

התפתחות מרגשת נוספת היא מעצמה או מתאמת של להקות שמשנות צורה בטיסה ללא משטחים מלוטשים. מורגפיינג יכולים לחסל פערים ולהקטין את גרר האווירודינמיקה, אם כי הם דורשים עור גמישים שהם גם קלים ועמידות. נאס"א והמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס טסו אבטיפוס מורפטיביים המציגים יישומים מסחריים עתידיים.

מסקנה: דרך ברורה לכיוון ירוק יותר

חומרי דליפת משקל קלים אינם כדור כסף לאתגרים הסביבתיים של התעופה, אבל הם כלי מוכח, מעשי להפחתת צריכת הדלק, פליטות, ואפקטי מחזור חיים. פחמן מרוכבים, אלומיניום-ליתיום ⁇ , וחומרים תרמופלסטיים כל אחד מציעים יתרונות ייחודיים שניתן להתאים לטיפוסי מטוסים ספציפיים ולתנאי תפעול.

לקריאה נוספת, ראה (FLT:0) דלק תעופה בר קיימא וטכנולוגיה RoadmapFiger 1LT, המועצה הבינלאומית:2 המועצה הבינלאומית על ניתוחים אוויריים של תחבורה נקייה, ו-FLT:4 NASAA של מחקר aeronautics על מבנים קלים FLT:5.