أخبارالطاقة

نحو مستقبل محايد مناخيًا.. كيف تكون الطائرات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة والوقود؟

دمج أجهزة الاستشعار في الغلاف الخارجي لجسم الطائرة لتحقيق قياسات قوية وموثوقة

الطيران المدني ملتزم بإحراز تقدم على الطريق نحو مستقبل محايد مناخيًا، لجعل الطائرات الحالية والمستقبلية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وتقليل استخدام وقود الطائرات، تحتاج الصناعة إلى بيانات موثوقة حول متانة المواد والديناميكا الهوائية في الرحلة الفعلية.

يعمل الباحثون في Fraunhofer IZM نيابة عن Airbus Central C & T لإظهار كيف يمكن دمج أجهزة الاستشعار في الغلاف الخارجي لجسم الطائرة لتحقيق قياسات قوية وموثوقة حتى في الظروف القاسية في الهواء.

لا يمكن لعالم اليوم المعولم أن يعمل بدون الطيران ، ولكن يجب عدم تجاهل تأثير الصناعة على مناخ العالم. إن التوفيق بين الحاجة إلى السفر ونقل البضائع مع رؤية مستقبل مستدام يعني تقليل تعطش الطائرات للوقود وزيادة كفاءتها في استخدام الطاقة. التقنيات المبتكرة هي المفتاح هنا: المواد الأخف وزنا والمتانة والديناميكا الهوائية المُحسَّنة ليست سوى مثالين محتملين للإمكانات “الخضراء” التي يتم استغلالها.

استخدام جلد مستشعر جديد

لكن إدراك إمكاناتها الحقيقية يحتاج إلى قياسات موثوقة، يمكن أن تقدم رؤى حول كيفية تصرف المواد المختلفة وكيف تؤثر الضغوط عليها وصولاً إلى مقياس نانومتر، هذا هو المكان الذي يخطو فيه باحثون من معهد فراونهوفر للاعتمادية والتكامل الدقيق IZM في برلين إلى الثغرة، باستخدام جلد مستشعر جديد يمكن تمديده فوق أجنحة الطائرة لالتقاط البيانات ومعالجتها في الوقت الفعلي.

تغليف جسم معظم الطائرات

في بحثهم، ركزوا على المادة المستخدمة لتغليف جسم معظم الطائرات، البولي يوريثين بالحرارة أو TPU. عمل الفريق على دمج المكونات الإلكترونية مثل أنظمة الاستشعار في شرائح TPU لاختبارها في ظل أنواع مختلفة من الظروف.

في تطبيقهم النهائي في العالم الحقيقي، يمكن لجلود المستشعرات قياس درجة الحرارة أو ضغط الهواء أو الاهتزاز في الأجنحة.

دمج أجهزة الاستشعار في الغلاف الخارجي لجسم الطائرة
دمج أجهزة الاستشعار في الغلاف الخارجي لجسم الطائرة

كان أحد العوامل المهمة التي يجب معرفتها مسبقًا هو مدى مرونة الشرائط عند تعرضها لمواد كيميائية مختلفة مثل عامل إزالة الجليد أو وقود الطائرات، يمكن لجلد المستشعر الكامل أن يمنح مصنعي الطائرات مجموعة مهمة من البيانات التفصيلية التي يمكن أن تخبرهم المزيد عن كيفية تدهور المواد بمرور الوقت، من خلال تتبع المعلمات البيئية ومقاومة التدفق في الوقت الفعلي أثناء الرحلة، يمكنهم أيضًا تحسين استهلاك الوقود لطائراتهم .

على الرغم من أن فريق Fraunhofer يمكن أن يعتمد على خبرة المعهد الراسخة في تجميع وتوصيل الإلكترونيات القابلة للمط، لم يكن من السهل تجهيز المستشعرات المصغرة المدمجة في TPU لتطبيقات الطيران.

يأتي TPU في البداية كغشاء مرن ناعم، مما يجعل التعامل معقدًا، ويشكل خطر تلف المكونات الحساسة أو الجلد نفسه، لأسباب ليس أقلها الوزن، كان على الجلد بأكمله أن يظل رقيقًا للغاية عند حوالي 200 ميكرومتر، ولكن يظل نظامًا وظيفيًا وعاملاً.

عمليات المحاكاة لتحديد نقاط الضعف

كخطوة أولى، تم تمييز المادة، أي يجب معرفة المعلمات ذات الصلة مثل مرونتها أو تمددها عند تعرضها للحرارة، ثم تم استخدام هذه البيانات لمزيد من عمليات المحاكاة لتحديد نقاط ضعف معينة والتنبؤ بمتانة المادة عند تعرضها لضغوط ميكانيكية أو حرارية ميكانيكية، مع كل هذه الأفكار، يمكن إنشاء معلمات المعالجة المثالية، مثل الحرارة أو الضغط ، لتصفيح الجلود ولحام المكونات.

تم إنشاء الدوائر الإلكترونية على وحدات الاستشعار القابلة للتمدد عن طريق الطباعة الحجرية والحفر ، كما هو شائع الاستخدام في إنتاج لوحات الدوائر، بعد تثبيت المكونات ولحامها في مكانها ، استخدم الفريق المحيط بالدكتور ستيفان واجنر وجواو ألفيس ماركيز، عمليتين خاصتين لحماية النظام من القوى الخارجية: يتم تطبيق ما يسمى بـ glob tops ، المصنوعة أيضًا من البولي يوريثين ، وتقويتها لإحكام الإغلاق.

المكونات الإلكترونية الدقيقة.

تم أيضًا استخدام طريقة تجميع الرقائق المتقابلة لتضمين الرقائق الرفيعة للغاية في مادة الركيزة.

تتمثل إحدى الميزات المحددة للتقنيات والمواد المختارة في مرونة TPU كركيزة مع وحدات استشعار متكاملة، وهو أمر ضروري للاستخدام في مجال الطيران.

يتم طي الركيزة المرنة بسلاسة على الأجنحة وتحمي الإلكترونيات في نفس الوقت.

بعد اختبار الشرائط التجريبية بنجاح لاستجابتها للتأثيرات الميكانيكية والكيميائية المختلفة من قبل شريك الصناعة Airbus Central C & T ، يبدو أن الأبواب مفتوحة لمشاريع المتابعة.

تتمثل إحدى الخطط في استخدام تقنية التجميع والتوصيل البيني لدمج المستشعرات ليس فقط في شرائح مفردة ، ولكن في وحدات مستوية بمساحة تصل إلى 60 سم × 60 سم.

سيكون تضمين إلكترونيات معالجة البيانات بالكامل في حصائر TPU خيارًا جذابًا للحفاظ على استقلالية إلكترونيات الطيران بالكامل، سيسمح ذلك بجمع البيانات بشكل مستقل عن الموارد الخاصة بالطائرات ومشاركتها لاسلكيًا عن طريق الراديو أو البلوتوث.

تابعنا على تطبيق نبض

Comments

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى
%d مدونون معجبون بهذه: