Қазіргі заманның күрделі материалдарының қолданылуы

Төменгі әлемде және ғарыш саласында көміртегі талшықты композиттердің қолданылуы

Көміртегі талшықты композиттік материалдар өзінің ерекше беріктік-салмақ қатынасы, коррозияға төзімділігі және құрылымдық тұрақтылығымен танымал болып, төменгі әлем және ғарыш салаларындағы инновацияны ілгерілетуде негізгі материалға айналды. Олардың өзіндік ерекшеліктері салмағын азайту, өнімділікті арттыру және негізгі жабдықтардың жұмыс істеу мерзімін ұзарту сияқты негізгі мәселелерді шешуге бағытталған, сонымен қатар жаңа технологиялардың интеграциялануын және үлкен ұлттық жобалардың жүзеге асуын қамтамасыз етеді. Төменде осы екі стратегиялық саладағы қолданылуы туралы егжей-тегжейлі түсіндірме келтірілген.

1. Төменгі әлем: Дрондар мен eVTOL — негізгі қолданылатын платформалар

Аэромобильді логистика, азаматтық ауа кеңістігінде қозғалыс және интеллектуалды порт операциялары сияқты сценарийлерді қамтитын төменгі биіктіктегі экономиканың өсуі кезінде карбон талшықты композиттердің қолданылу үлесі едәуір өсті — әсіресе пилотсыз ұшу аппараттарында (ПҰА) және электрлік вертикальды көтерілу мен қону (eVTOL) ұшақтарында. Аэрофотосуретке түсіру, электр желілерін тексеру және жүк тасымалдау салаларында кеңінен қолданылатын ПҰА үшін фюзеляж бен ротор компоненттері олардың жұмыс істеу тиімділігі үшін маңызды. Алюминий қорытпалары сияқты дәстүрлі металл материалдар баға тұрғысынан тиімді болса да, жиі салмақ пен беріктікті тепе-теңдікте ұстауға қиналады, бұл ПҰА-ның пайдалы жүгінің сыйымдылығы мен ұшу уақытын шектейді. Керісінше, карбон талшықты композиттер дәстүрлі материалдармен салыстырғанда фюзеляждың салмағын 30%-дан 50%-ға дейін азайтады, алайда құрылымдық қаттылық деңгейін сақтайды немесе одан да жоғарылатады. Бұл жеңілдік артықшылығы тікелей ұшу қашықтығының 20%-дан 30%-ға дейін ұзаруына және пайдалы жүктеменің артуына әкеледі, нәтижесінде ПҰА-лар одан да көп сенсорлар немесе жүктерді ұзақ қашықтыққа тасымалдауға мүмкіндік алады.

Сала ойыншылары жаңа технологиялармен көміртегі талшықты композиттерді тереңірек интеграциялауға үнемі ұмтылады. Теңіз логистикасы саласындағы кө Lead сызықты кәсіпорын болып табылатын Гуандун теңіз порты мен кеме жүзгізу тобы «ақылды порттар» мен кеме жүзгізу өнеркәсібі белдеулеріне негізделген «төмен биіктіктегі экономика» сценарийлерін дамытуда. Топ көміртегі талшықты композиттер мен жасанды интеллект (AI) технологияларының интеграциялануын насихаттап, композит материалдар негізіндегі пилотсыз ұшу аппараттарын (ПҰА) және eVTOL-дарды порт жүктерін тексеру, кемелердің тұрағына келіп тоқтау бағдарламасы мен жағалау аймағын патрульдау міндеттерінде қолдануда. Көміртегі талшықты композиттердің жеңіл және коррозияға төзімді қасиеттері осы ауадағы құрылғылардың ылғалды теңіз ортасында ұзақ уақыт қызмет етуін қамтамасыз етеді, ал AI алгоритмдері олардың ұшу траекторияларын және тапсырмалардың кестесін оптимизациялайды — эксперименттік жобаларда порттың жұмыс істеу тиімділігін 15%-дан астам арттыратын синергиялық эффект туғызады.

Көміртегі талшықты құрамдас материалдардың қолданбалы маңызы eVTOL ұшақтарында одан да көрнекті болып табылады, бұл қалалық ауа қозғалысын түбегейлі өзгертуге дайын. eVTOL-дар вертикальды қону мен көтерілу кезінде күрделі аэродинамикалық күштерге шыдай алатындай жоғары конструкциялық беріктікті қажет етеді, сонымен қатар аккумуляторлық энергияны пайдалануды оптималдау үшін жеңіл конструкцияларды талап етеді. Қанаттар, шасси тіректері мен фюзеляждың рамалары сияқты көміртегі талшықты құрамдас конструкциялық бөлшектер қатаң беріктік талаптарын қанағаттандырып қоймай, сонымен қатар ұшақтың жалпы салмағын 40% немесе одан да көбірек төмендетеді. Бұл салмақтың төмендеуі энергияны пайдалану тиімділігін айтарлықтай арттырады, eVTOL ұшу қашықтығын ұзартады және зарядтау жиілігін азайтады, бұл олардың коммерцияландырылуы үшін маңызды жетістік болып табылады.

Өнімділік пен сенімділік талаптары ең қатаң болатын аэроғарыш саласында көміртегі талшықты композиттер негізгі бөлшектер үшін басым материалға айналды. Тұрғын ұшақтар мен әскери ұшақтар жасауда көміртегі талшықты композиттер қанаттарда, алдыңғы фюзеляждарда және құйрық бөліктерінде кеңінен қолданылады. Дәстүрлі алюминий қорытпалы құрылымдармен салыстырғанда көміртегі талшықты композиттен жасалған қанаттар салмақты шамамен 25% азайтады, отын шығынын 10%-дан 15%-ға дейін төмендетеді — бұл авиакомпаниялардың жұмыс істеу құнын және көміртек шығарындыларын төмендету үшін маңызды артықшылық. Сонымен қатар, көміртегі талшықты композиттер мыңдаған ұшу мен қону циклдарын орындағаннан кейін де өз қасиеттерін жоғалтпайтындай етіп, ерекше шаршауға төзімділік көрсетеді, нәтижесінде ұшақтың жұмыс істеу мерзімі 20% немесе одан да көбірекке ұзартылады.

2. Аэроғарыш: Жоғары өнімді жабдықтар мен ірі жобаларға мүмкіндік беру

Көміртегі талшықты композиттер Қытайдағы негізгі терең теңіз және аэроғарышқа қатысты технологиялық жобаларда да маңызды рөл атқарады. Жоғары санатты теңіз жабдықтарын және теңізден тыс энергия өндіру технологияларын дамытуға бағытталған «Минъюань жоспары» мен басқа да терең теңіз технологиялық инициативаларда көміртегі талшықты композиттер желдеткішті электр станцияларының бекіту тізбектері мен терең теңіз зерттеу жабдықтарының бөлшектерін жасауда қолданылады. Күшті теңіз ағыстарына, коррозияға және ауыр жүктемелерге шыдайтын желдеткішті электр станцияларының бекіту тізбектері көміртегі талшықты композиттердің жоғары созылу беріктігі мен коррозияға төзімділігінен пайда көреді — бұл желдеткішті платформалардың тұрақтылығын және жұмыс істеу мерзімін арттырады. Бұл қолданыс тек Қытайдың терең теңіз даму стратегиясын қолдайтынымен қатар, жоғары өнімді көміртегі талшықты композиттердің жергілестіруі мен индустрияландырылуын да ынталандырады.

Әуе-ғарыш саласында спутниктерді шығаруда, әсіресе спутник антенналарының тіреуіш құрылымдарында көміртегі талшықты композиттерге деген сұраныс өсуде. Бұл құрылымдарға әрі өте жоғары дәлдік, жеңілдік, әрі ғарыштың аса қатаң жағдайларына (температуралық тербелістер мен сәулеленуге) төзімділік қажет. Көміртегі талшықты композиттер бұл талаптарды қанағаттандырып қана қоймай, сонымен қатар құрылымдық деформацияны азайту арқылы тұрақты сигнал берілуін қамтамасыз етеді. Нақты деректерге сүйенсек, төменгі жер орбитасындағы спутниктердің желілерін жеделдетіп орнату арқасында соңғы жылдары спутник антенналарының тіреуіш құрылымдары мен басқа да әуе-ғарыш компоненттері үшін көміртегі талшықты композиттерге деген сұраныс 50%-дан астам өсті.

Қорытындылай келе, көміртегі талшықтары композитті материалдар төменгі биіктіктегі экономика мен ғарыш саласында болмауға болмайтын материалға айналды және технологиялық даму мен өнеркәсіптік жаңартуға итермеледі. Материалдарды өңдеу технологияларының дамуы мен қолдану сценарийлерінің кеңеюіне сай олардың бұл салалардағы стратегиялық маңызы арта түседі.