R.P. Siegel, P.E., este un scriitor cu sediul în Rochester, N.Y.

alimentat

  • Vizualizare standard
  • Pictogramă Vizualizări Vizualizări
    • Conținutul articolului
    • Cifre și tabele
    • Video
    • Audio
    • Date suplimentare

  • Link PDF PDF
  • Pictogramă Partajare Acțiune
    • Facebook
    • Stare de nervozitate
    • LinkedIn
    • E-mail

  • Siegel, R. (1 iulie 2015). „Transfert tehnic ultra-ușor”. CA MINE. Inginerie Mecanică. Iulie 2015; 137 (07): 34-39. https://doi.org/10.1115/1.2015-Jul-1

    Descărcați fișierul de citare:

    Acest articol prezintă o prezentare generală a diferitelor aspecte și a utilizării unui avion alimentat cu energie solară. Avionul, Solar Impulse 2, a început turneul său mondial în luna martie de la Abu Dhabi. Fondatorii proiectului, Bertrand Piccard și Andre Borschberg, fac rând pe rând ca piloți. Solvay, o companie franceză care produce polimeri de înaltă performanță, a devenit un partener timpuriu. Spatele aripilor de 72 de metri lungime ale avionului aveau cerințe structurale și de greutate extraordinare. Echipa Solar Impulse a venit cu un laminat, format dintr-o structură de tip fagure, realizat dintr-un polimer Torlon performant furnizat de Solvay, intercalat între straturi super-subțiri de compozit din fibră de carbon. Izolația de spumă ușoară și extrem de eficientă este testată de Bayer în locuințe la prețuri accesibile în Filipine și Malaezia. Solar Impulse nu își putea permite presurizarea sau încălzirea cabinei din cauza cerințelor de greutate. În schimb, proiectanții au izolat cabina astfel încât să păstreze căldura corpului pilotului și ca instrumentele să păstreze condițiile suportabile. Inginerii de la Bayer au început să lucreze la o izolație din spumă poliuretanică ultra-ușoară și extrem de eficientă. Solar Impulse a contribuit la depășirea limitelor tehnologice.

    Articol

    Cinci luni pentru a înconjura globul aerian nu sună ca un avans tehnologic. La urma urmei, recordul pentru circulație cu bicicleta, stabilit în 2010, este de doar 125 de zile. Dar aspectul remarcabil al acestui zbor este că nu va arde nici o picătură de combustibil fosil. Singura sursă de energie va fi lumina soarelui.

    Avionul, Solar Impulse 2, a început turneul său mondial în luna martie de la Abu Dhabi. Fondatorii proiectului, Bertrand Piccard și Andre Borschberg, fac rând pe rând ca piloți. Itinerarul său exact va fi supus vântului și vremii, dar planificatorii se așteaptă ca avionul să facă aproximativ o duzină de opriri înainte de a reveni la Abu Dhabi în această vară.

    Este puțin probabil să lansezi o industrie bazată pe aeronave cu energie solară, dar atunci nu acesta era scopul exercițiului. În schimb, scopul său a fost să stimuleze interesul pentru alternative - nu numai puterea alternativă, ci și materialele alternative și alte tehnologii pentru un viitor care face o utilizare mai eficientă a resurselor Pământului.

    Cu aproximativ un deceniu în urmă, Altran Group, firma internațională de consultanță tehnologică, a devenit un partener timpuriu în proiectul Solar Impulse. Altran a dezvoltat un model matematic sofisticat pentru a evalua mii de parametri care interacționează, inclusiv traseele de zbor, vremea și configurațiile de proiectare. Inginerii Altran au simulat peste 100 de miliarde de combinații, pentru a vedea dacă misiunea ar putea fi îndeplinită. După optsprezece luni de efort analitic, echipa Altran, condusă de Christophe Béesau, a stabilit că misiunea se află chiar la marginea a ceea ce era posibil din punct de vedere tehnologic, cu o marjă de siguranță mică sau deloc.

    Solar Impulse 2 pleacă peste Elveția în timpul unui zbor de testare timpuriu.

    În acel moment, Borschberg și Piccard au început să solicite furnizorilor descoperiri importante în fiecare aspect al aeronavei, în special cele care îi afectează greutatea și capacitatea de a capta, stoca și utiliza energia cât mai eficient posibil.

    Solvay, o companie franceză care produce polimeri de înaltă performanță, a devenit un partener timpuriu. Potrivit lui Claude Michel, vicepreședintele Solvay responsabil de parteneriatul Solar Impulse, cele două provocări cheie au fost optimizarea eficienței energetice și reducerea greutății. Aceste obiective au fost aliniate cu direcția strategică a companiei: sprijinirea unei populații în creștere într-o lume a resurselor naturale în scădere.

    Solvay, la fel ca mulți dintre furnizorii care s-au implicat în cele din urmă, aborda deja aceste probleme atunci când a început să lucreze cu Solar Impulse. Parteneriatul și-a prezentat propriile provocări unice, dar, mai important, a oferit și un program agresiv și un laborator de zbor care a testat numeroase evoluții în condiții dificile din lumea reală.

    Solvay a economisit greutatea oferind elemente de fixare și bucșe din polieter cetonă, care reprezintă jumătate până la o cincime din greutatea alternativelor metalice. A economisit energie oferind un nou lubrifiant lichid pe bază de PFPE numit Fomblin pentru a minimiza pierderile mecanice.

    Compania a dezvoltat, de asemenea, materiale pentru baterii cu litiu ușoare și performante. Mai mult de un sfert din greutatea totală a SI2 și toată stocarea sa de energie electrică se află în baterii. Solvay a furnizat un nou aditiv monofluoretilen carbonat pentru a ajuta la creșterea densității energetice și la îmbunătățirea ciclului de viață al electrolitului bateriei.

    Desenele cabinei Solar Impulse 2 și structura finită. Întregul spațiu are 3,8 metri cubi.

    Solvay a contribuit cu o versiune îmbunătățită a copolimerului Solef PVDF, ca liant în electrozi. PVDF este un termoplastic semicristalin fluorurat care se obține prin polimerizarea fluorurii de viniliden. Aceste adăugiri au dus la baterii cu 10% mai eficiente, cu 2% mai ușoare și mai sigure. În general, densitatea energiei bateriei a crescut de la 180 la 260 de ore pe kilogram pe parcursul proiectului.

    Pentru a proteja celulele fotovoltaice de siliciu foarte subțiri, permițând în același timp matricelor să se conformeze curburii și flexiei aripilor, inginerii Solvay au venit cu o metodă de încapsulare cu peliculă subțire care implică straturi mai mici de 20 micrometri grosime de Halar clar clar (etilen clorotrifluor) etilenă) film deasupra și dedesubtul celulelor solare. Acest lucru, combinat cu un agent de lipire Solstick din PVDF, a rezistat complet la intemperii, permițând în același timp mișcări minore.

    Pentru a îmbunătăți integritatea, Solvay a dezvoltat o tehnică corona cu descărcare electrică pentru a atașa filmul la matrice. Descărcarea coroanei, care este trecută peste film pe măsură ce este extrudată sau nespulată, ionizează azotul din aerul din apropiere, crescând astfel energia de suprafață a filmului și aderența acestuia. Filmul a fost produs de Aledium Films, iar tratamentul corona a fost aplicat offline. Această capacitate este acum utilizată pentru instalarea căptușelilor în camioane cisternă, vagoane feroviare și spații de încărcare pentru aeroporturi, aplicații mobile unde este nevoie de o suprafață rezistentă la apă și flexibilă.

    Spatele aripilor de 72 de metri lungime ale avionului aveau cerințe structurale și de greutate extraordinare. Echipa Solar Impulse a venit cu un laminat, format dintr-o structură de tip fagure, realizat dintr-un polimer Torlon (poliamidimidă) de înaltă performanță furnizat de Solvay, intercalat între straturi super-subțiri de compozit din fibră de carbon.

    Foliile compozite din fibră de carbon au fost dezvoltate pentru Solar Impulse de către compania elvețiană Decizia SA, care susține că sunt probabil cele mai ușoare fabricate vreodată, ajungând la 25 g/m2, aproximativ o treime din greutatea unei foi de hârtie. Potrivit lui Bertrand Cardis, directorul general al Deciziei, aceste foi compozite sunt deja utilizate într-un catamaran de curse de clasă C și sunt în prezent calificate pentru viitoarele avioane cu pilot și fără pilot.

    Aceasta nu a fost singura inovație din fibră de carbon generată de proiect. Bayer MaterialScience, furnizor de materii prime industriale și partener din 2010, a contribuit cu nanotuburi de carbon care pot fi amestecate cu rășina epoxidică. Adăugarea nanotuburilor crește rezistența la aderență și reduce greutatea amestecului epoxidic cu 5%. Această activitate de dezvoltare este continuată acum sub licență de Future Carbon GmbH.