گسترش کاربرد فیبر کربن - تیغه های هلیکوپتر فضایی

گسترش کاربرد فیبر کربن - تیغه های هلیکوپتر فضایی

هلیکوپتر Ingenuity Mars ناسا در حال بررسی دهانه Jezero در مریخ است. همزمان، مهندسان ناسا در حال آزمایش تیغه‌های فیبر کربنی بر روی زمین برای نسل بعدی هلیکوپترهای مریخ هستند که از عملکرد Ingenuity در مأموریت‌های آینده مریخ، به ویژه مأموریت بازگشت نمونه مریخ که برای دهه 2030 برنامه‌ریزی شده است، پیشی می‌گیرد.

فشار اتمسفر و گرانش سطحی در سطح مریخ به ترتیب کمتر از 1٪ و یک سوم فشارهای موجود در سطح زمین است. دقیقاً به دلیل همین فشار سطحی بسیار کم است که سرعت Ingenuity می تواند روی مریخ بین 2400 تا 2900 دور در دقیقه پرواز کند. این بسیار بیشتر از روی زمین است، زیرا هلیکوپترها معمولاً فقط به 500 تا 600 دور در دقیقه برای پرواز نیاز دارند.

هلیکوپتر Ingenuity Mars از چهار تیغه فیبر کربن برای تشکیل دو روتور ضد چرخش استفاده می کند، به این معنی که آنها در جهت مخالف با دهانه 1.2 متر می چرخند و سرعت بین 240 0 تا 2900 دور در دقیقه همانطور که در بالا ذکر شد است. علاوه بر این، Ingenuity روی زمین حدود 1.8 کیلوگرم وزن دارد، اما از آنجا که گرانش در مریخ تنها یک سوم گرانش زمین است، Ingenuity تنها 0.68 کیلوگرم در سطح مریخ وزن دارد.

برای نسل بعدی هلیکوپترهای مریخ، مهندسان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در پاسادنا در حال ساخت تیغه هایی هستند که 10 سانتی متر بلندتر از تیغه های Ingenuity هستند، با طراحی های متفاوت و استحکام بالاتر.

مزایای کاربرد فیبر کربن در زمینه هوافضا چیست؟

کامپوزیت های فیبر کربن دارای مزایای عملکردی مختلفی هستند که مواد فلزی سنتی در زمینه هوافضا ندارند. آنها می توانند به طور موثر خواص مکانیکی خود را در محیط خشن فضا اعمال کنند و برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گیرند.

1. نسبت استحکام به وزن بالا: کامپوزیت های فیبر کربنی به دلیل نسبت عالی استحکام به وزن خود شناخته شده اند. این ویژگی مهندسان هوافضا را قادر می سازد تا ساختارهای سبک وزن را بدون کاهش قدرت طراحی کنند که به بهبود راندمان سوخت و عملکرد کلی کمک می کند.

2. سختی: فیبر کربن خود دارای سفتی است که یکپارچگی ساختاری عالی را فراهم می کند. این سختی در کاربردهای هوافضا بسیار مهم است، جایی که اجزا باید شکل خود را حفظ کنند و در برابر تغییر شکل تحت بارهای آیرودینامیکی و مکانیکی مقاومت کنند. 3. مقاومت در برابر خستگی: کامپوزیت های فیبر کربنی مقاومت خوبی در برابر خستگی دارند و آن ها را برای قطعاتی که تحت بارهای چرخه ای قرار می گیرند، مانند ساختار بال و بدنه مناسب می کند. این ویژگی به بهبود عمر و دوام سازه های هوافضا کمک می کند. 4. مقاومت در برابر خوردگی: فیبر کربن بر خلاف فلزات خوردگی نمی کند، که برای کاربردهای هوافضا که اغلب در معرض شرایط سخت محیطی مانند ارتفاعات بالا و تغییر دما هستند، سودمند است. 5. انعطاف‌پذیری طراحی: کامپوزیت‌های فیبر کربن را می‌توان به شکل‌های پیچیده قالب‌گیری کرد، که امکان انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی را فراهم می‌آورد، که به ویژه در زمینه هوافضا مفید است زیرا ملاحظات آیرودینامیکی و ساختاری اغلب به طرح‌های پیچیده و ساده نیاز دارند. 6. رسانایی الکتریکی: فیبر کربن رسانا است، که برای کاربردهای هوافضا خاص سودمند است و می‌تواند برای از بین بردن الکتریسیته ساکن و تداخل الکترومغناطیسی استفاده شود و کارایی بیشتری برای طراحی هواپیما فراهم کند. 7. پایداری حرارتی: کامپوزیت های فیبر کربن دارای پایداری حرارتی خوبی هستند و به آنها اجازه می دهد تا در برابر دماهای بالا بدون تخریب قابل توجه مقاومت کنند. این ویژگی در کاربردهای هوافضا بسیار مهم است زیرا ممکن است قطعات در طول پرواز در معرض محیط های بسیار گرم قرار گیرند. 8. کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری: دوام و مقاومت در برابر خوردگی کامپوزیت های فیبر کربن به کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری قطعات هوافضا در طول عمر مفید آنها کمک می کند و در نتیجه فواصل نگهداری را افزایش می دهد و قابلیت اطمینان را بهبود می بخشد.