Разширяване на приложенията на въглеродните влакна - перки на аерокосмически хеликоптери или кацане на Марс.
Хеликоптерът Ingenuity Mars на НАСА изследва кратера Jezero на Марс, докато инженерите на НАСА тестват остриета от въглеродни влакна на Земята за следващото поколение хеликоптери на Марс. Тези хеликоптери са проектирани да надминат представянето на Ingenuity, особено за мисията за връщане на проби от Марс, планирана за 2030 г.
Атмосферното налягане на повърхността на Марс е по-малко от 1% от това на Земята, а повърхностната му гравитация е около една трета. Поради това изключително ниско повърхностно налягане, скоростта на ротора на Ingenuity трябва да бъде между 2400 и 2900 оборота в минута (rpm), за да лети на Марс. Това е значително по-високо, отколкото на Земята, където хеликоптерите обикновено изискват само 500 до 600 оборота в минута, за да летят.
Ingenuity разполага с четири остриета от въглеродни влакна, подредени в два противоположно въртящи се ротора, което означава, че те се въртят в противоположни посоки, с обхват от 1,2 метра и работят при гореспоменатите скорости на ротора от 2400 до 2900 об./мин. Освен това Ingenuity тежи приблизително 1,8 килограма на Земята, но поради гравитацията на Марс, която е само една трета от тази на Земята, той тежи само 0,68 килограма на повърхността на Марс.
За следващото поколение хеликоптери на Марс инженерите от Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА (JPL) в Пасадена проектират перки, които са с 10 сантиметра по-дълги от тези на Ingenuity, с различен дизайн и по-голяма здравина.
Предимства на въглеродните влакна в аерокосмическите приложения
Композитите от въглеродни влакна предлагат няколко предимства в производителността в космическата индустрия, които традиционните метални материали не притежават, което им позволява да работят ефективно в суровите условия на космоса и да осигуряват дълготрайна употреба.
Високо съотношение на якост към тегло: Композитите от въглеродни влакна са известни с изключителното си съотношение здравина към тегло. Тази характеристика позволява на аерокосмическите инженери да проектират леки конструкции без компромис със здравината, като по този начин подобряват горивната ефективност и цялостната производителност.
Скованост: Въглеродните влакна по своята същност притежават твърдост, осигурявайки отлична структурна цялост. Тази твърдост е от решаващо значение в аерокосмическите приложения, където компонентите трябва да поддържат формата си и да издържат на деформация при аеродинамични и механични натоварвания.
Устойчивост на умора: Композитите от въглеродни влакна показват добра устойчивост на умора, което ги прави подходящи за компоненти, подложени на циклични натоварвания, като конструкции на крила и фюзелаж. Това свойство спомага за увеличаване на продължителността на живота и издръжливостта на космическите структури.
Устойчивост на корозия: За разлика от металите, въглеродните влакна не корозират, което е предимство за аерокосмически приложения, които често са изложени на тежки условия на околната среда (напр. голяма надморска височина и променливи температури).
Гъвкавост на дизайна: Композитите от въглеродни влакна могат да бъдат формовани в сложни форми, което позволява по-голяма гъвкавост на дизайна. Това е особено полезно в аерокосмическата област, където аеродинамичните и структурни съображения често изискват сложни и рационализирани дизайни.
Електрическа проводимост: Въглеродните влакна показват електрическа проводимост, която може да бъде от полза за определени приложения в космическото пространство, като помага за разсейването на статичното електричество и електромагнитните смущения, като по този начин осигурява допълнителна функционалност при проектирането на самолети.
Термична стабилност: Композитите от въглеродни влакна демонстрират добра термична стабилност, което им позволява да издържат на високи температури без значително разграждане. Тази характеристика е от решаващо значение в аерокосмическите приложения, тъй като компонентите могат да бъдат изложени на екстремна топлина по време на полет.
Намалени разходи за поддръжка: Издръжливостта и устойчивостта на корозия на композитите от въглеродни влакна допринасят за по-ниски разходи за поддръжка на аерокосмическите компоненти през целия им жизнен цикъл, като удължават интервалите за поддръжка и повишават надеждността.
