Faodar an inneal so-ghiùlain a chàradh le fiberglass/vinyl ester a ghabhas leigheas le UV no fiber carbon/epoxy prepreg a thèid a stòradh aig teòthachd an t-seòmair agus uidheam leigheis le cumhachd bataraidh. #saothrachadha-staigh #bun-structar
Càradh paiste prepreg a ghabhas leigheas le UV Ged a tha an càradh prepreg snàithleach-charboin/epocsa a chaidh a leasachadh le Custom Technologies LLC airson an drochaid cho-dhèanta a-staigh air a bhith sìmplidh agus luath, tha cleachdadh roisinn vinyl ester Prepreg a ghabhas leigheas le UV air a neartachadh le snàithleach-glainne air siostam nas goireasaiche a leasachadh. Stòr ìomhaigh: Custom Technologies LLC
Tha drochaidean modúlach so-ruigsinneach nan so-mhaoin deatamach airson obrachaidhean innleachdach armailteach agus logistics, a bharrachd air ath-nuadhachadh bun-structair còmhdhail rè mòr-thubaistean nàdurrach. Tha structaran co-dhèanta gan sgrùdadh gus cuideam nan drochaidean sin a lughdachadh, agus mar sin a’ lughdachadh an eallaich air carbadan còmhdhail agus innealan cur air bhog is ath-bheothachadh. An coimeas ri drochaidean meatailt, tha comas aig stuthan co-dhèanta cuideachd comas giùlain luchdan a mheudachadh agus beatha seirbheis a leudachadh.
’S e eisimpleir a th’ anns an Drochaid Cho-dhèanta Mhodúlach Adhartach (AMCB). Bidh Seemann Composites LLC (Gulfport, Mississippi, na SA) agus Materials Sciences LLC (Horsham, PA, na SA) a’ cleachdadh laminates epocsa neartaichte le snàithleach carbain (Figear 1). Dealbhadh agus togail). Ach, tha a’ chomas structaran mar sin a chàradh san raon air a bhith na chùis a tha a’ cur bacadh air gabhail ri stuthan co-dhèanta.
Figear 1 Drochaid cho-dhèanta, prìomh mhaoin a-staigh Chaidh Drochaid Cho-dhèanta Modúlach Adhartach (AMCB) a dhealbhadh agus a thogail le Seemann Composites LLC agus Materials Sciences LLC a’ cleachdadh co-dhèantan roisinn epocsa neartaichte le snàithleach carbain. Stòr ìomhaigh: Seeman Composites LLC (clì) agus Arm nan SA (deas).
Ann an 2016, fhuair Custom Technologies LLC (Millersville, MD, na SA) tabhartas Ìre 1 de Rannsachadh Nuadh-ghnàthachaidh Gnìomhachasan Beaga (SBIR) le maoineachadh bho Arm nan SA gus dòigh càraidh a leasachadh a dh’ fhaodas saighdearan a dhèanamh gu soirbheachail air an làraich. Stèidhichte air an dòigh-obrach seo, chaidh an dàrna ìre de thabhartas SBIR a thoirt seachad ann an 2018 gus stuthan ùra agus uidheamachd le cumhachd bataraidh a thaisbeanadh, eadhon ged a nì neach-tòiseachaidh am pasgadh gun trèanadh ro-làimh, faodar 90% no barrachd den structar ath-nuadhachadh Neart amh. Tha comasachd na teicneòlais air a dhearbhadh le bhith a’ dèanamh sreath de ghnìomhan anailis, taghadh stuthan, saothrachadh sampallan agus deuchainn meacanaigeach, a bharrachd air càraidhean beaga agus làn-sgèile.
’S e Michael Bergen, a stèidhich Custom Technologies LLC agus a tha na cheann-suidhe air Custom Technologies LLC, am prìomh neach-rannsachaidh anns an dà ìre de SBIR. Leig Bergen dheth a dhreuchd ann an Carderock aig Ionad Cogadh Uachdar a’ Chabhlaich (NSWC) agus rinn e seirbheis anns an Roinn Structaran is Stuthan airson 27 bliadhna, far an do stiùir e leasachadh is cleachdadh theicneòlasan co-dhèanta ann an cabhlach Cabhlach nan SA. Thàinig an Dr. Roger Crane a-steach do Custom Technologies ann an 2015 às deidh dha a dhreuchd a leigeil dheth bho Chabhlach nan SA ann an 2011 agus tha e air a bhith san dreuchd airson 32 bliadhna. Tha an eòlas aige air stuthan co-dhèanta a’ toirt a-steach foillseachaidhean teicnigeach agus peutantan, a’ còmhdach chuspairean leithid stuthan co-dhèanta ùra, saothrachadh prototypes, dòighean ceangail, stuthan co-dhèanta ioma-ghnìomhach, sgrùdadh slàinte structarail, agus ath-nuadhachadh stuthan co-dhèanta.
Tha an dithis eòlaiche air pròiseas sònraichte a leasachadh a bhios a’ cleachdadh stuthan co-dhèanta gus na sgàinidhean ann an structar alùmanaim crùisir urchraichean treòraichte clas CG-47 Ticonderoga 5456 a chàradh. “Chaidh am pròiseas a leasachadh gus fàs sgàinidhean a lughdachadh agus gus a bhith na roghainn eaconamach eile an àite bòrd àrd-ùrlair de 2 gu 4 millean dolar a chuir na àite," thuirt Bergen. “Mar sin dhearbh sinn gu bheil fios againn mar a nì sinn càraidhean taobh a-muigh an obair-lann agus ann an àrainneachd seirbheis fhìor. Ach is e an dùbhlan nach eil dòighean gnàthach maoin armachd glè shoirbheachail. Is e an roghainn càradh dà-fhillte ceangailte [gu bunaiteach ann an àiteachan millte glaodh bòrd ris a’ mhullach] no an so-mhaoin a thoirt a-mach à seirbheis airson càraidhean aig ìre taigh-bathair (ìre-D). Leis gu bheil feum air càraidhean aig ìre-D, thèid mòran so-mhaoin a chuir an dàrna taobh.”
Thuirt e cuideachd gur e dòigh a dh’ fhaodadh saighdearan aig nach eil eòlas air stuthan co-dhèanta a dhèanamh a tha a dhìth, le bhith a’ cleachdadh dìreach pasganan agus leabhraichean-làimhe cumail suas. ’S e ar n-amas am pròiseas a dhèanamh sìmplidh: leugh an leabhar-làimhe, dèan measadh air an milleadh agus dèan càradh. Chan eil sinn airson roisinn leaghaidh a mheasgachadh, oir feumaidh seo tomhas mionaideach gus dèanamh cinnteach gu bheil e air a leigheas gu tur. Feumaidh sinn cuideachd siostam gun sgudal cunnartach às dèidh dha na càraidhean a bhith deiseil. Agus feumar a phacaigeadh mar phasgan a dh’ fhaodas an lìonra a th’ ann a chleachdadh.”
Is e aon fhuasgladh a sheall Custom Technologies gu soirbheachail pasgan so-ghiùlain a bhios a’ cleachdadh glaodh epocsa neartaichte gus am paiste co-dhèanta glaodhach a ghnàthachadh a rèir meud an milleadh (suas ri 12 òirleach ceàrnagach). Chaidh an taisbeanadh a chrìochnachadh air stuth co-dhèanta a’ riochdachadh deic AMCB 3 òirlich de thighead. Tha cridhe fiodha balsa 3 òirlich de thighead (dùmhlachd 15 not gach troigh chiùbach) agus dà shreath de dh’ aodach fuaigheil dà-axial Vectorply (Phoenix, Arizona, na SA) C -LT 1100 snàithleach gualain 0°/90°, aon shreath de shnàithleach gualain C-TLX 1900 0°/+45°/-45° trì shailean agus dà shreath de C-LT 1100, còig sreathan gu h-iomlan. “Cho-dhùin sinn gun cleachd am pasgan pasgain ro-thogte ann an laminate cha mhòr-isotropic coltach ri ioma-axis gus nach bi stiùireadh an aodaich na dhuilgheadas," thuirt Crane.
Is e an ath chùis am maitrís roisinn a thathas a’ cleachdadh airson càradh laminate. Gus casg a chuir air roisinn leaghaidh a bhith air a mheasgachadh, cleachdaidh am paiste prepreg. “Ach, is e stòradh na dùbhlain sin," mhìnich Bergen. Gus fuasgladh paiste a ghabhas stòradh a leasachadh, tha Custom Technologies air com-pàirteachadh le Sunrez Corp. (El Cajon, California, na SA) gus prepreg snàithleach glainne / vinyl ester a leasachadh as urrainn solas ultraviolet (UV) a chleachdadh ann an sia mionaidean de leigheas solais. Cho-obraich iad cuideachd le Gougeon Brothers (Bay City, Michigan, na SA), a mhol film epoxy sùbailte ùr a chleachdadh.
Tha sgrùdaidhean tràtha air sealltainn gur e roisinn epocsa an roisinn as freagarraiche airson prepregs snàithleach carbain - bidh eistear vinyl a ghabhas leigheas le UV agus snàithleach glainne thar-shoilleir ag obair gu math, ach chan eil iad a’ leigheas fo shnàithleach carbain a tha a’ bacadh solas. Stèidhichte air film ùr Gougeon Brothers, tha am prepreg epocsa mu dheireadh air a leigheas airson 1 uair aig 210°F/99°C agus tha beatha sgeilp fhada aige aig teòthachd an t-seòmair - chan eil feum air stòradh aig teòthachd ìosal. Thuirt Bergen ma tha feum air teòthachd gluasaid glainne (Tg) nas àirde, thèid an roisinn a leigheas aig teòthachd nas àirde cuideachd, leithid 350°F/177°C. Tha an dà prepregs air an toirt seachad ann an inneal càraidh so-ghiùlain mar chruach de phìosan prepreg air an seuladh ann an cèis film plastaig.
Leis gum faodadh an inneal càraidh a bhith air a stòradh airson ùine mhòr, feumaidh Custom Technologies sgrùdadh a dhèanamh air fad-beatha na bogsa. “Cheannaich sinn ceithir cèisean plastaig chruaidh - seòrsa armachd àbhaisteach a thathas a’ cleachdadh ann an uidheamachd còmhdhail - agus chuir sinn sampallan de ghreamaichean epoxy agus prepreg vinyl ester a-steach do gach cèis," thuirt Bergen. Chaidh na bogsaichean an uairsin a chur ann an ceithir àiteachan eadar-dhealaichte airson deuchainn: mullach factaraidh Gougeon Brothers ann am Michigan, mullach port-adhair Maryland, an goireas a-muigh ann an Yucca Valley (fàsach California), agus an obair-lann deuchainn creimeadh a-muigh ann an ceann a deas Florida. Tha clàran dàta anns a h-uile cùis, tha Bergen a’ comharrachadh, “Bidh sinn a’ gabhail sampallan dàta agus stuthan airson measadh a h-uile trì mìosan. Is e 140°F an teòthachd as àirde a chaidh a chlàradh anns na bogsaichean ann am Florida agus California, a tha math airson a’ mhòr-chuid de roisinn ath-nuadhachaidh. Tha e na fhìor dhùbhlan.” A bharrachd air an sin, rinn Gougeon Brothers deuchainn gu h-inntinneach air an roisinn epoxy fìor-ghlan a chaidh a leasachadh às ùr. “Bidh sampallan a chaidh a chuir ann an àmhainn aig 120°F airson grunn mhìosan a’ tòiseachadh a’ poilimearachadh," thuirt Bergen. “Ach, airson nan sampallan co-fhreagarrach a chaidh a chumail aig 110°F, cha do leasaich ceimigeachd an roisinn ach beagan.”
Chaidh an càradh a dhearbhadh air a’ bhòrd deuchainn agus air a’ mhodail sgèile seo de AMCB, a chleachd an aon stuth laminate agus cridhe ris an drochaid thùsail a thog Seemann Composites. Stòr ìomhaigh: Custom Technologies LLC
Gus an dòigh càraidh a nochdadh, feumar laminate riochdachail a dhèanamh, a mhilleadh agus a chàradh. “Anns a’ chiad ìre den phròiseact, chleachd sinn sailean beaga 4 x 48-òirleach agus deuchainnean lùbadh ceithir-phuingean an toiseach gus measadh a dhèanamh air dè cho comasach ‘s a bha am pròiseas càraidh againn," thuirt Klein. “An uairsin, ghluais sinn gu pannalan 12 x 48 òirleach san dàrna ìre den phròiseact, chuir sinn luchdan an sàs gus staid cuideam dà-aiseach a chruthachadh gus fàilligeadh adhbhrachadh, agus an uairsin rinn sinn measadh air coileanadh an càraidh. Anns an dàrna ìre, chuir sinn crìoch cuideachd air a’ mhodail AMCB a thog sinn airson Cumail Suas.”
Thuirt Bergen gun deach am pannal deuchainn a chaidh a chleachdadh gus dearbhadh a dhèanamh air coileanadh càraidh a dhèanamh a’ cleachdadh an aon loidhne de laminates agus stuthan cridhe ri AMCB air a dhèanamh le Seemann Composites, “ach lughdaich sinn tighead a’ phannail bho 0.375 òirleach gu 0.175 òirleach, stèidhichte air teòirim an ais co-shìnte. Is e seo a’ chùis. Chaidh an dòigh-obrach, còmhla ris na h-eileamaidean a bharrachd de theòiridh beam agus teòiridh laminate clasaigeach [CLT], a chleachdadh gus ceangal a dhèanamh eadar mionaid inertia agus stiffness èifeachdach an AMCB làn-sgèile le toradh taisbeanaidh nas lugha a tha nas fhasa a làimhseachadh agus nas èifeachdaiche a thaobh cosgais. An uairsin, chaidh am modail mion-sgrùdadh eileamaidean crìochnaichte [FEA] a chaidh a leasachadh le XCraft Inc. (Boston, Massachusetts, USA) a chleachdadh gus dealbhadh càraidhean structarail a leasachadh.” Chaidh an t-aodach snàithleach gualain a chaidh a chleachdadh airson nam pannalan deuchainn agus modail AMCB a cheannach bho Vectorply, agus chaidh cridhe balsa a dhèanamh le Core Composites (Bristol, RI, US) a thoirt seachad.
Ceum 1. Tha am pannal deuchainn seo a’ sealltainn toll le trast-thomhas de 3 òirlich gus milleadh a tha air a chomharrachadh sa mheadhan ath-aithris agus an cuairt-thomhas a chàradh. Stòr dealbh airson a h-uile ceum: Custom Technologies LLC.
Ceum 2. Cleachd bleith-làimhe le cumhachd bataraidh gus an stuth millte a thoirt air falbh agus cuir teip 12:1 timcheall air a’ phìos càraidh.
“Tha sinn airson ìre nas àirde de mhilleadh a shamhlachadh air a’ bhòrd deuchainn na dh’ fhaodadh a bhith air fhaicinn air deic na drochaid san raon," mhìnich Bergen. “Mar sin, is e an dòigh againn sàbh toll a chleachdadh gus toll le trast-thomhas de 3 òirlich a dhèanamh. An uairsin, bidh sinn a’ tarraing a-mach pluga an stuth millte agus a’ cleachdadh bleith-ghiùlain niùmatach làimhe gus sgarfa 12:1 a phròiseasadh.”
Mhìnich Crane, airson càradh snàithleach gualain/epocsa, aon uair ‘s gu bheil an stuth pannal “millte” air a thoirt air falbh agus sgarfa iomchaidh air a chur an sàs, thèid am prepreg a ghearradh gu leud is fad gus a bhith a rèir teip na sgìre millte. “Airson ar pannal deuchainn, tha seo a’ feumachdainn ceithir sreathan de prepreg gus an stuth càraidh a chumail co-chòrdail ri mullach a’ phannail gualain thùsail gun mhilleadh. Às deidh sin, tha na trì sreathan còmhdaich de prepreg gualain/epocsa air an cur gu dìreach air a’ phàirt a chaidh a chàradh. Tha gach sreath às dèidh a chèile a’ leudachadh 1 òirleach air gach taobh den t-sreath as ìsle, a bheir seachad gluasad mean air mhean den luchd bhon stuth mun cuairt “mhath” chun na sgìre a chaidh a chàradh.” An ùine iomlan airson an càradh seo a dhèanamh - a’ gabhail a-steach ullachadh na sgìre càraidh, gearradh is cur an stuth ath-nuadhachaidh agus a’ cur an sàs a’ phròiseas leigheis - timcheall air 2.5 uair a thìde.
Airson prepreg snàithleach gualain/epocsa, tha an raon càraidh air a phacaigeadh ann am falamh agus air a leigheas aig 210°F/99°C airson uair a thìde a’ cleachdadh inneal-ceangail teirmeach le cumhachd bataraidh.
Ged a tha càradh carbon/epocsa sìmplidh agus luath, dh’aithnich an sgioba gu robh feum air fuasgladh nas goireasaiche gus coileanadh ath-nuadhachadh. Mar thoradh air an seo, chaidh prepregs leigheas ultraviolet (UV) a rannsachadh. “Tha an ùidh ann an roisinn vinyl ester Sunrez stèidhichte air eòlas cabhlaich roimhe le stèidheadair a’ chompanaidh, Mark Livesay," mhìnich Bergen. “An toiseach, thug sinn aodach glainne quasi-isotropic do Sunrez, a’ cleachdadh an prepreg vinyl ester aca, agus rinn sinn measadh air a’ lùb leigheas fo dhiofar shuidheachaidhean. A bharrachd air an sin, leis gu bheil fios againn nach eil roisinn vinyl ester coltach ri roisinn epocsa a bheir seachad coileanadh greamachaidh àrd-sgoile iomchaidh, agus mar sin tha feum air oidhirpean a bharrachd gus diofar riochdairean ceangail sreathan greamachaidh a mheasadh agus faighinn a-mach dè am fear a tha freagarrach airson an tagraidh.”
Is e duilgheadas eile nach urrainn dha snàithleanan glainne na h-aon fheartan meacanaigeach a thoirt seachad ri snàithleanan gualain. “An coimeas ri badan gualain/epocsa, tha an duilgheadas seo air fhuasgladh le bhith a’ cleachdadh sreath a bharrachd de ghlainne/eistear vinyl," thuirt Crane. “Is e an adhbhar nach eil feum air ach aon shreath a bharrachd gu bheil an stuth glainne na aodach nas truime.” Bidh seo a’ toirt a-mach badan freagarrach a ghabhas a chuir an sàs agus a chur còmhla taobh a-staigh sia mionaidean eadhon aig teòthachd glè fhuar/reòta a-staigh. A’ leigheas gun teas a thoirt seachad. Chomharraich Crane gum faodar an obair càraidh seo a chrìochnachadh taobh a-staigh uair a thìde.
Chaidh an dà shiostam paiste a shealltainn agus a dhearbhadh. Airson gach càradh, thèid an raon a tha ri mhilleadh a chomharrachadh (ceum 1), a chruthachadh le sàbh toll, agus an uairsin a thoirt air falbh le bhith a’ cleachdadh bleith-làimhe le cumhachd bataraidh (ceum 2). An uairsin gearraich an raon càraidh ann an teip 12:1. Glan uachdar an sgarfa le pada deoch làidir (ceum 3). An uairsin, gearraich am paiste càraidh gu meud sònraichte, cuir e air an uachdar glan (ceum 4) agus daingnich e le rolair gus builgeanan èadhair a thoirt air falbh. Airson prepreg snàithleach glainne/vinyl ester a tha a’ leigheas UV, an uairsin cuir an còmhdach fuasglaidh air an raon càraidh agus leigheas am paiste le lampa UV gun sreang airson sia mionaidean (ceum 5). Airson prepreg snàithleach gualain/epoxy, cleachd inneal-ceangail teirmeach ro-phrògramaichte, aon-phutan, le cumhachd bataraidh gus am pasgan falamh a phacaigeadh agus an raon càraidh a leigheas aig 210°F/99°C airson uair a thìde.
Ceum 5. Às dèidh dhut an còmhdach rùisgte a chur air an àite a chaidh a chàradh, cleachd lampa UV gun uèir gus am paiste a leigheas airson 6 mionaidean.
“An uairsin rinn sinn deuchainnean gus measadh a dhèanamh air dè cho greamachail ’s a bha am paiste agus a chomas comas giùlain luchd an structair ath-nuadhachadh," thuirt Bergen. “Anns a’ chiad ìre, feumaidh sinn dearbhadh cho furasta ‘s a tha e a chur an sàs agus a’ chomas co-dhiù 75% den neart fhaighinn air ais. Tha seo air a dhèanamh le lùbadh ceithir-phuingean air roisinn snàithleach gualain/epocsa 4 x 48 òirleach agus beam cridhe balsa às deidh an milleadh samhlaichte a chàradh. Tha. Chleachd an dàrna ìre den phròiseact pannal 12 x 48 òirleach, agus feumaidh e barrachd air 90% de riatanasan neart a nochdadh fo luchdan deformachaidh iom-fhillte. Choinnich sinn ris na riatanasan sin uile, agus an uairsin thog sinn dealbhan de na dòighean càraidh air modail AMCB. Mar a chleachdas tu teicneòlas agus uidheamachd a-staigh gus iomradh lèirsinneach a thoirt seachad.”
Is e prìomh thaobh den phròiseact dearbhadh gum faod luchd-tòiseachaidh an càradh a chrìochnachadh gu furasta. Air an adhbhar seo, bha beachd aig Bergen: “Tha mi air gealltainn gun dèanainn taisbeanadh dha na dithis luchd-conaltraidh teicnigeach againn san Arm: an Dr Bernard Sia agus Ashley Genna. Anns an ath-sgrùdadh mu dheireadh air a’ chiad ìre den phròiseact, dh’iarr mi nach dèanadh iad càradh sam bith. Rinn Ashley, a bha eòlach, an càradh. A’ cleachdadh an uidheamachd agus an leabhar-làimhe a thug sinn seachad, chuir i am paiste an sàs agus chrìochnaich i an càradh gun duilgheadas sam bith.”
Figear 2 Faodaidh an inneal ceangail teirmeach ro-phrògramaichte, cumhachd bataraidh, am paiste càraidh snàithleach gualain/epocsa a leigheas le putadh putan, gun fheum air eòlas càraidh no prògramadh cearcall leigheis. Stòr ìomhaigh: Custom Technologies, LLC
Is e leasachadh cudromach eile an siostam leigheis le cumhachd bataraidh (Figear 2). “Tro chumail suas taobh a-staigh na h-achaidh, chan eil agad ach cumhachd bataraidh," thuirt Bergen. “Tha a h-uile uidheamachd pròiseas anns a’ phacaid càraidh a leasaich sinn gun uèir.” Tha seo a’ toirt a-steach ceangal teirmeach le cumhachd bataraidh air a leasachadh gu co-obrachail le Custom Technologies agus solaraiche inneal ceangail teirmeach WichiTech Industries Inc. (Randallstown, Maryland, na SA). “Tha an inneal ceangail teirmeach le cumhachd bataraidh seo air a phrògramadh ro-làimh gus leigheas a chrìochnachadh, agus mar sin chan fheum luchd-tòiseachaidh am cearcall leigheis a phrògramadh," thuirt Crane. “Chan fheum iad ach putan a bhrùthadh gus an rampa agus am bogadh ceart a chrìochnachadh.” Faodaidh na bataraidhean a thathas a’ cleachdadh an-dràsta mairsinn airson bliadhna mus fheum iad a bhith air an ath-lìonadh.
Le crìochnachadh an dàrna ìre den phròiseact, tha Custom Technologies ag ullachadh mholaidhean leasachaidh leanmhainn agus a’ tional litrichean ùidh is taic. “Is e ar n-amas an teicneòlas seo a dhèanamh nas aibidh gu TRL 8 agus a thoirt chun an achaidh," thuirt Bergen. “Tha sinn cuideachd a’ faicinn comas airson tagraidhean neo-armailteach.”
A’ mìneachadh an t-seann ealain air cùl a’ chiad neartachadh snàithleach sa ghnìomhachas, agus tha tuigse dhomhainn aige air saidheans snàithleach ùr agus leasachadh san àm ri teachd.
A’ tighinn a dh’ aithghearr agus ag itealaich airson a’ chiad uair, tha an 787 an urra ri ùr-ghnàthachaidhean ann an stuthan agus pròiseasan co-dhèanta gus na h-amasan aige a choileanadh.
Àm puist: Sultain-02-2021