Kohlefaseranwendungen werden auf Rotorblätter von Luft- und Raumfahrthubschraubern und mögliche Marslandungen ausgeweitet
Am 21. Januar wurde mit der erfolgreichen Produktion des 131- Meter langen Onshore-Windturbinenblatts durch Sany Heavy Energy im Bayan Nur Zero Carbon Digital Industrial Park ein bedeutender Meilenstein erreicht. Dieses Rotorblatt, bei dem 48K Large Tow-Hochleistungs-Carbonfasern (CF) von ZF Godeagle im Trockenstrahl-Nassspinnverfahren zum Einsatz kommen, stellt nicht nur einen neuen Rekord für das längste Onshore-Windturbinenblatt der Welt auf, sondern bedeutet auch einen bedeutenden Durchbruch für im Inland hergestellte Rotorblätter Trockenstrahl-Nassspinnen 48K großes Schleppseil CF im Angebot an Rotorblättern über 100 Meter.
Die Anwendung von Kohlefasern im Luft- und Raumfahrtsektor nimmt zu. Zu den jüngsten Entwicklungen gehört auch der Einsatz in Hubschrauberblättern für mögliche Landungen auf dem Mars. Der Marshubschrauber „Ingenuity“ der NASA erkundet derzeit den Jezero-Krater auf dem Mars, während NASA-Ingenieure auf der Erde Kohlefaserblätter für die nächste Generation von Marshubschraubern testen. Es wird erwartet, dass diese Hubschrauber die Leistung des Ingenuity bei zukünftigen Mars-Missionen übertreffen werden, insbesondere bei der für die 2030er Jahre geplanten Mars-Probenrückführungsmission.
Der atmosphärische Druck und die Oberflächengravitation auf dem Mars betragen weniger als 1 % bzw. ein Drittel des Erddrucks. Aufgrund dieses extrem niedrigen Oberflächendrucks liegt die Rotationsgeschwindigkeit (U/min) des „Ingenuity“-Helikopters zwischen 2400 und 2900, um den Flug auf dem Mars aufrechtzuerhalten, und liegt damit deutlich über den 500 bis 600 U/min, die für Hubschrauber auf der Erde erforderlich sind.
Der Ingenuity Mars-Hubschrauber verfügt über vier Kohlefaserblätter, die zwei gegenläufig rotierende Rotoren mit einer Spannweite von jeweils 1,2 Metern bilden und mit der oben genannten Drehzahl arbeiten. Während die Ingenuity auf der Erde etwa 1,8 Kilogramm wiegt, beträgt ihr Gewicht auf dem Mars nur 0,68 Kilogramm, da die Schwerkraft des Mars ein Drittel derjenigen der Erde beträgt.
Für die nächste Generation von Marshubschraubern konstruiert das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena zehn Zentimeter längere Rotorblätter als die von Ingenuity, mit anderen Designs und erhöhter Festigkeit.
Vorteile von Kohlefaser in Luft- und Raumfahrtanwendungen:
1. Hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit: Kohlefaserverbundwerkstoffe sind für ihr außergewöhnliches Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bekannt und ermöglichen es Luft- und Raumfahrtingenieuren, leichte Strukturen zu entwerfen, ohne Kompromisse bei der Festigkeit einzugehen, wodurch die Kraftstoffeffizienz und die Gesamtleistung verbessert werden.
2. Steifigkeit: Kohlenstofffasern verfügen von Natur aus über Steifigkeit und bieten eine hervorragende strukturelle Integrität, was bei Luft- und Raumfahrtanwendungen von entscheidender Bedeutung ist, bei denen Komponenten unter aerodynamischen und mechanischen Belastungen ihre Form beibehalten und Verformungen widerstehen müssen.
3. Ermüdungsbeständigkeit: Kohlefaserverbundwerkstoffe weisen eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit auf und eignen sich daher für Komponenten, die zyklischer Belastung ausgesetzt sind, wie z. B. Flügel- und Rumpfstrukturen, wodurch die Lebensdauer und Haltbarkeit von Luft- und Raumfahrtstrukturen verbessert wird.
4. Korrosionsbeständigkeit: Im Gegensatz zu Metallen korrodiert Kohlefaser nicht, was für Luft- und Raumfahrtanwendungen von Vorteil ist, die häufig rauen Umgebungsbedingungen wie großen Höhen und schwankenden Temperaturen ausgesetzt sind.
5. Designflexibilität: Kohlefaserverbundwerkstoffe können in komplexe Formen geformt werden, was eine größere Designflexibilität bietet, was insbesondere in der Luft- und Raumfahrt von Vorteil ist, wo aerodynamische und strukturelle Überlegungen oft komplexe und stromlinienförmige Designs erfordern.
6. Elektrische Leitfähigkeit: Kohlefaser besitzt eine elektrische Leitfähigkeit, die für bestimmte Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von Vorteil ist, da sie zur Ableitung statischer Elektrizität und elektromagnetischer Störungen verwendet werden kann und so zusätzliche Funktionalität im Flugzeugdesign bietet.
7. Thermische Stabilität: Kohlefaserverbundwerkstoffe weisen eine gute thermische Stabilität auf, sodass sie hohen Temperaturen ohne nennenswerte Verschlechterung standhalten können, eine entscheidende Eigenschaft für Luft- und Raumfahrtanwendungen, bei denen Komponenten während des Fluges extrem heißen Umgebungen ausgesetzt sein können.
8. Reduzierte Wartungskosten: Die Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Kohlefaserverbundwerkstoffen trägt dazu bei, die Wartungskosten für Luft- und Raumfahrtkomponenten über deren Lebensdauer zu senken, Wartungsintervalle zu verlängern und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
