Taxi aerei: soluzioni materiali innovative possono consentire un decollo rapido?
I progressi tecnologici possono affrontare tre fattori chiave di successo che riguardano la commercializzazione degli eVTOL (decollo e atterraggio verticali elettrici, spesso definiti "taxi aerei"). Tra il futuro e il presente c'è un mondo in transizione.
Negli ultimi anni, il settore dei trasporti ha visto un crescente interesse e investimento nello sviluppo di taxi aerei interurbani e intraurbani, o veicoli eVTOL. Oggi, ci sono più di 250 progetti di questo tipo in tutto il mondo, tra cui sia start-up che aziende affermate. La sfida di fondo associata alla maggior parte dei progetti è trovare i materiali o la combinazione giusta per commercializzare con successo gli eVTOL.

Sfida 1: Compromesso tra prestazioni e peso
Il compromesso tra prestazioni e peso complessivo è una sfida importante per i veicoli eVTOL. Ad esempio, attualmente si affidano alla tecnologia delle batterie per l'alimentazione, ma questo propulsore può pesare fino a 500 kg per aeromobile. La propulsione completamente elettrica presenta sfide uniche in termini di potenza e autonomia. Più pesante è il veicolo, più potenza consuma, quindi l'alleggerimento è fondamentale, garantendo al contempo prestazioni stabili della batteria.

Massimizzare il rapporto potenza-peso è una preoccupazione comune per l'industria aerospaziale. L'alleggerimento è stato un tema perenne nell'industria aeronautica da quando abbiamo preso il volo per la prima volta all'inizio del XX secolo. E Victrex affronta i problemi di alleggerimento con soluzioni aerospaziali basate su PEEK e PAEK da oltre 25 anni. Le soluzioni polimeriche VICTREX™ PEEK e PAEK sono utilizzate principalmente in soluzioni di sostituzione del metallo per applicazioni aerospaziali, essendo il 40% più leggere e cinque volte più resistenti del metallo. È in parte questa combinazione di elevata resistenza e basso peso che ha portato oltre 20.000 aerei di linea commerciali in servizio a utilizzare una qualche forma di polimeri ad alte prestazioni. E per una buona ragione! Produce parti con eccellenti proprietà meccaniche, prestazioni ad alta temperatura, resistenza alla corrosione, isolamento termico e acustico. Inoltre, aiutano a ridurre il peso rispetto al metallo.

Sfida 2: ridurre il rumore del motore
Se i taxi aerei devono diventare un mezzo di trasporto popolare, il comfort della cabina è un "must". Pertanto, anche il rumore del motore è un fattore importante. I passeggeri vogliono un viaggio più silenzioso. Per risolvere questo problema, dobbiamo imparare da altri settori. L'industria automobilistica è un buon esempio. La necessità di ridurre le dimensioni o di dimensionare correttamente i motori li ha resi "più rumorosi" e il settore sta lavorando duramente per risolvere questi problemi NVH (rumore, vibrazione, durezza).

Victrex ha dimostrato che gli ingranaggi in polimero PEEK possono ridurre il rumore nelle applicazioni del motore del 50% (3 dB). Anche il peso e il momento di inerzia sono significativamente ridotti quando si utilizzano ingranaggi VICTREX HPG™ rispetto agli ingranaggi in ghisa, rispettivamente del 68% e del 78%. Altri potenziali vantaggi includono una resistenza specifica notevolmente più elevata (resistenza per unità di peso) e una resistenza alla corrosione rispetto all'utilizzo del metallo.

Tuttavia, sostituire gli ingranaggi in metallo con ingranaggi in PEEK richiede anche competenza nella progettazione degli ingranaggi. Diversi produttori globali, tra cui un importante produttore automobilistico, hanno preso in considerazione i nostri prodotti per l'uso in sistemi interi, non solo negli ingranaggi. Ora che i primi ingranaggi Victrex HPG sono su strada, forse a tempo debito "occuperanno" anche lo spazio sopra le strade congestionate.

Parlando di viaggi confortevoli, forse vale la pena menzionare che gli aerei di linea commerciali in volo oggi utilizzano l'isolamento termico acustico (TAB) e barriere anti-ustione realizzate con pellicola PEEK APTIV™ per isolare gli scompartimenti passeggeri e migliorare l'esperienza dei passeggeri.

Sfida 3: Ottimizzazione dei costi e della velocità di produzione
Stiamo valutando soluzioni composite leggere per elementi strutturali di veicoli eVTOL. Ci sono due opzioni di matrice polimerica: termoindurenti e termoplastiche.

I materiali termoindurenti richiedono tempi di produzione relativamente lunghi, devono essere conservati in ambienti a bassa temperatura e temperatura controllata e hanno una durata di conservazione limitata.

Al contrario, i prodotti compositi termoplastici basati su polimeri PEEK e PAEK ad alte prestazioni hanno pesi simili ai termoindurenti ma offrono altri vantaggi, tra cui:

Produzione più veloce

Minore infrastruttura richiesta per la produzione

Riciclabile

Nessun solvente utilizzato e

Durata di vita più lunga

Questi potenziali vantaggi stanno iniziando a risuonare in tutta la supply chain. Di recente, lo sviluppatore di taxi aerei Jaunt Air Mobility ha annunciato una partnership con Triumph Group per sviluppare parti in composito termoplastico per il suo programma eVTOL.

La combinazione perfetta tra prestazioni ed efficienza
I compositi termoplastici combinano eccellenti proprietà dei materiali con efficienza di produzione, come dimostra al meglio VICTREX AE™ 250, che può aiutare il settore eVTOL a bilanciare costi e requisiti di volume. VICTREX AE 250 è un composito termoplastico in nastro unidirezionale (UDT). È unico tra i compositi termoplastici per la sua temperatura di fusione più bassa. Il suo punto di fusione è 303 °C, mentre il punto di fusione del PEEK è 343 °C; tuttavia, la sua temperatura di transizione vetrosa è 147 °C invece di 143 °C; e la cristallinità è in genere del 25-30%, simile al PEEK.

Un metodo di lavorazione ben noto per i nastri UD è il processo di posizionamento automatico delle fibre, che viene utilizzato per creare parti composite moltiplicando e impilando strati di nastro UD in un processo automatizzato, che evita operazioni manuali impegnative e dispendiose in termini di tempo. Di recente, Victrex ha pubblicato i risultati di uno studio congiunto con Coriolis che ha dimostrato come si possano raggiungere velocità di laminazione di 60 m/min, da due a sei volte più veloci della tecnologia termoplastica convenzionale, e che si stanno avvicinando alle velocità dei termoindurenti.