کاهش سوخت و افزایش کارایی هواپیماها با فناوری مواد و هوش مصنوعی

بازار؛ گروه فناوری اطلاعات: «ارمی تکنولوژی» در گزارشی فهرستی از مواد فناورانه که در صنعت هوا فضا کاربرد دارند را منتشر کرده است که در ادامه می توانید بخوانید:

مواد پیشرفته را می توان در طیف وسیعی از حوزه ها، از هواپیماهای سبک تر، چابک تر و سیستم های مافوق صوت در حال ظهور، گرفته تا تجهیزات محافظت شخصی و محیط هایی که می توان با استفاده از راه حل های محافظتی، خطرات و آسیب ها را کاهش داد، استفاده کرد. به طوریکه در زیر برخی روندهای اصلی فناوری تأثیرگذار بر مواد پیشرفته در زمینه هوا فضا و دفاعی، توسط GlobalData ارایه شده است:

باتری لیتیوم-یون (Li-Ion Battery)
این نوع باتری به ذخیره سازی انرژی کمک میکنند. رشد روزافزون خودروهای الکتریکی مجهز به LIB منجر به پیشرفت در فناوری های یون لیتیوم و کاهش مداوم قیمت باتری های لیتیومی شده است.

در حالی که باتری های باتری لیتیوم-یون نسبت به سایر فن آوری های ذخیره انرژی باتری محبوبیت بیشتری کسب کرده اند، اما با توجه به استقرار گسترده آن در وسایل نقلیه الکتریکی، وسایل نقلیه زیر آب بدون سرنشین (UUV) و شبکه برق، با معرفی گرافن می تواند انقلابی در روش ذخیره انرژی ایجاد کند.

از طرفی باید اشاره کرد گرافن چیزی نیست جز یک ماده بر پایه کربن، که فقط یک اتم ضخامت دارد و می توان از آن برای ساخت باتری هایی استفاده کرد که دارای وزن سبک، بادوام و در ذخیره سازی انرژی با ظرفیت بالا هستند و به سرعت شارژ می شوند. به تازگی، محققان موسسه پیشرفته فناوری سامسونگ (SAIT) و دانشکده مهندسی شیمی و بیولوژیک دانشگاه ملی سئول برای طراحی پوشش گرافن برای باتری های لیتیوم یون همکاری کردند تا سرعت شارژ را ۵ برابر کرده و ۴۵ درصد ظرفیت باتری را افزایش دهند.

چاپ سه بعدی
ثابت شده است که چاپ سه بعدی یک راه حل عالی برای تولید اجزا و قطعاتی است که به طور قابل توجهی ماده کمتری نسبت به سایر قطعات قابل مقایسه و تولید سنتی نیاز دارد. به طوریکه مقدار زیادی از مواد را می توان با اشکال هندسی بسیار پیچیده ای ساخت که علیرغم کاهش تراکم در مواد استفاده شده، دارای مقاومت بالایی هستند.

به ویژه در صنعت هوا فضا و بخش دفاعی، صرفه جویی در وزن برای دستیابی به عملکرد بالا در جنبه هایی مانند سرعت و ظرفیت مهم است، اما عناصر دیگری مانند محموله، مصرف سوخت، انتشار، سرعت و ایمنی نیز جزو موارد مهم هستند. این تحقق صنعت هوافضا و دفاع را بر آن داشته است تا در جدیدترین محصولات خود از چارچوب های صندلی گرفته تا مجاری هوا به دنبال برنامه هایی  در این زمینه باشند.

پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP)
کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کربن (FRP) با موفقیت در کاربردهایی مانند هواپیماهای نظامی، هواپیماهای بدون سرنشین (پهپادها)، کشتی های دریایی و سلاح ها استفاده می شود.

این مواد بخصوص به دلیل سبک بودن و دوام زیاد در صنعت هوافضا در بخش ساخت قطعات هواپیما مانند بدنه، درها، بالها و دمها کاربرد دارند. از آنجا که فیبر کربن از فولاد قوی تر، سخت تر و سبک تر است، به دلیل وزن کمتری که دارد می تواند به افزایش بازده سوخت کمک کند. در واقع، از آنجا که فیبر کربن ده برابر از فولاد محکمتر و در عین حال تنها یک چهارم وزن آن را دارد، انتظار می رود کامپوزیت های فیبر کربن که به عنوان اجزای این صنعت استفاده می شوند، وزن را کاهش دهند.

هوش مصنوعی (AI)
علوم مواد همچنین از هوش مصنوعی / یادگیری ماشین در تحقیقات و آموزش بهره می برد. یادگیری ماشین توانایی کشف بینش جدید در مورد مواد را با کشف الگوها و روابط جدید در داده ها فراهم می کند. پلتفرمها مانند سیستمهای تحقیقاتی خودران آزمایشگاه تحقیقات نیروی هوایی امریکا از AI و یادگیری ماشین برای انجام آزمایش های خودران طراحی شده برای بهینه سازی سنتز نانولوله های کربنی استفاده می کنند که پتانسیل فوق العاده ای برای فناوری انرژی نسل بعدی دارند.

سیستم های رباتیک
انتظار می رود ربات های نسل جدید گزینه های جدیدی در اختیار شرکت های تولید کننده قرار دهند تا کارایی خود را بهبود بخشند و با چالش هایی مانند هزینه های بالا و کمبود کارگران ماهر مقابله کنند.

در سال های آینده انتظار می رود که ربات هایی که به طور مستقیم و با همکاری انسان در یک محیط تولید کار می کنند،  همجون استفاده از ربات های نرم که به جای قدرت مکانیکی از پنوماتیک استفاده می کنند، افزایش یابند، به طوری که  انرژی مورد نیاز را کاهش و به طور کلی ایمنی را بیشتر کنند. استفاده از ربات ها در انقلاب صنعتی چهارم، که تمرکز زیادی بر اتصال، اتوماسیون، یادگیری ماشین و داده های زمان واقعی دارد، به طور فزاینده ای منجر به مفهوم ایجاد کارخانه هایی میشود در آن فعالیت ها و مواد جریان ها کاملاً خودکار کنترل می شوند.

سازه های سبک
تمام سیستم های هوافضا برای افزایش بازده سوخت و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای به کاهش وزن نیاز دارند. مواد سبک به کاهش برد و بار هواپیما و پهپاد کمک می کنند، در حالی که مصرف سوخت را کاهش می دهند، هر دو کلید کاهش هزینه های عملیاتی در طولانی مدت هستند. این درحالی است بخش دفاعی بدنبال مواد جدید با استحکام و بسیار سبک وزن هستند که بتواند با سازه های اولیه ترکیب شود و بتواند از وسایل نقلیه جنگی در برابر سلاح های آینده دفاع کند.

علاوه بر این، روند تولید مواد بالستیک سبک یکی از مهمترین عواملی است که مقامات دفاعی را به سمت تهیه تجهیزات محافظت شخصی جدیدتر سوق می دهد. به همین ترتیب، کشورها بر روی تولید راه حل های بهتر مانند پدهای بالستیک (هر صفحه یا پد ضد گلوله است برای جلیقه های ایمنی استفاده میشود)، مواد سبک وزن زیر لباس، کلاه ایمنی، چکمه های ضد مین و لباس های مقاوم در برابر آتش تمرکز کرده اند که مزایای راحتی و محافظت بیشتر از نیروهای زمینی را فراهم می کند.