Οι τυπικές δεξαμενές επίπεδης πλατφόρμας για BEV και FCEV χρησιμοποιούν θερμοπλαστικά και θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά με σκελετό που παρέχει 25% περισσότερη αποθήκευση H2. #υδρογόνο #τάσεις
Αφού μια συνεργασία με την BMW έδειξε ότι μια κυβική δεξαμενή θα μπορούσε να προσφέρει υψηλότερη ογκομετρική απόδοση από πολλαπλούς μικρούς κυλίνδρους, το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου ξεκίνησε ένα έργο για την ανάπτυξη μιας σύνθετης δομής και μιας κλιμακούμενης διαδικασίας κατασκευής για σειριακή παραγωγή. Πίστωση εικόνας: TU Dresden (πάνω) αριστερά), Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, Τμήμα Σύνθετων Υλικών Άνθρακα (LCC)
Τα ηλεκτρικά οχήματα κυψελών καυσίμου (FCEV) που τροφοδοτούνται με υδρογόνο μηδενικών εκπομπών (H2) παρέχουν πρόσθετα μέσα για την επίτευξη μηδενικών περιβαλλοντικών στόχων. Ένα επιβατικό αυτοκίνητο κυψελών καυσίμου με κινητήρα H2 μπορεί να γεμίσει σε 5-7 λεπτά και έχει αυτονομία 500 χλμ., αλλά προς το παρόν είναι πιο ακριβό λόγω του χαμηλού όγκου παραγωγής. Ένας τρόπος μείωσης του κόστους είναι η χρήση μιας τυπικής πλατφόρμας για τα μοντέλα BEV και FCEV. Αυτό δεν είναι προς το παρόν δυνατό, επειδή οι κυλινδρικές δεξαμενές Τύπου 4 που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση συμπιεσμένου αερίου H2 (CGH2) στα 700 bar στα FCEV δεν είναι κατάλληλες για τα διαμερίσματα μπαταριών κάτω από το αμάξωμα που έχουν σχεδιαστεί προσεκτικά για ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, δοχεία πίεσης με τη μορφή μαξιλαριών και κύβων μπορούν να χωρέσουν σε αυτόν τον επίπεδο χώρο συσκευασίας.
Δίπλωμα ευρεσιτεχνίας US5577630A για το «Σύνθετο Συμμορφούμενο Δοχείο Πίεσης», αίτηση που κατατέθηκε από την Thiokol Corp. το 1995 (αριστερά) και το ορθογώνιο δοχείο πίεσης που κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από την BMW το 2009 (δεξιά).
Το Τμήμα Σύνθετων Υλικών Άνθρακα (LCC) του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM, Μόναχο, Γερμανία) συμμετέχει σε δύο έργα για την ανάπτυξη αυτής της ιδέας. Το πρώτο είναι το Polymers4Hydrogen (P4H), με επικεφαλής το Κέντρο Ικανοτήτων Πολυμερών Leoben (PCCL, Λέομπεν, Αυστρία). Το πακέτο εργασίας LCC διευθύνεται από την υπότροφο Elizabeth Glace.
Το δεύτερο έργο είναι το Περιβάλλον Επίδειξης και Ανάπτυξης Υδρογόνου (HyDDen), όπου το LCC διευθύνεται από τον ερευνητή Christian Jaeger. Και τα δύο στοχεύουν στη δημιουργία μιας μεγάλης κλίμακας επίδειξης της διαδικασίας κατασκευής μιας κατάλληλης δεξαμενής CGH2 χρησιμοποιώντας σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα.
Υπάρχει περιορισμένη ογκομετρική απόδοση όταν οι κύλινδροι μικρής διαμέτρου εγκαθίστανται σε επίπεδα στοιχεία μπαταρίας (αριστερά) και κυβικά δοχεία πίεσης τύπου 2 κατασκευασμένα από χαλύβδινες επενδύσεις και εξωτερικό κέλυφος από ίνες άνθρακα/εποξειδικό σύνθετο υλικό (δεξιά). Πηγή εικόνας: Τα Σχήματα 3 και 6 προέρχονται από το "Numerical Design Approach for Type II Pressure Box Vessel with Internal Tension Legs" των Ruf και Zaremba et al.
Η P4H κατασκεύασε μια πειραματική δεξαμενή κύβου που χρησιμοποιεί ένα θερμοπλαστικό πλαίσιο με σύνθετους ιμάντες τάσης/αντηρίδες τυλιγμένους σε εποξειδική ρητίνη ενισχυμένη με ίνες άνθρακα. Η HyDDen θα χρησιμοποιήσει παρόμοιο σχεδιασμό, αλλά θα χρησιμοποιήσει αυτόματη διάταξη ινών (AFP) για την κατασκευή όλων των θερμοπλαστικών σύνθετων δεξαμενών.
Από μια αίτηση ευρεσιτεχνίας της Thiokol Corp. για το «Σύνθετο Συμμορφωμένο Δοχείο Πίεσης» το 1995 έως το Γερμανικό Δίπλωμα Ευρεσιτεχνίας DE19749950C2 το 1997, τα δοχεία πεπιεσμένου αερίου «μπορεί να έχουν οποιαδήποτε γεωμετρική διαμόρφωση», αλλά ιδιαίτερα επίπεδα και ακανόνιστα σχήματα, σε μια κοιλότητα που συνδέεται με το στήριγμα του κελύφους. Χρησιμοποιούνται στοιχεία έτσι ώστε να μπορούν να αντέξουν τη δύναμη διαστολής του αερίου.
Μια δημοσίευση του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore (LLNL) του 2006 περιγράφει τρεις προσεγγίσεις: ένα δοχείο πίεσης με συμμορφούμενη δομή περιελιγμένη από νήμα, ένα δοχείο πίεσης μικροπλέγματος που περιέχει μια εσωτερική ορθορομβική δομή πλέγματος (μικρά κελιά 2 cm ή λιγότερο), που περιβάλλεται από ένα δοχείο H2 με λεπτά τοιχώματα, και ένα δοχείο αντιγραφής, που αποτελείται από μια εσωτερική δομή που αποτελείται από κολλημένα μικρά μέρη (π.χ., εξαγωνικούς πλαστικούς δακτυλίους) και μια σύνθεση από λεπτό εξωτερικό περίβλημα. Τα διπλά δοχεία είναι τα πιο κατάλληλα για μεγαλύτερα δοχεία όπου οι παραδοσιακές μέθοδοι μπορεί να είναι δύσκολο να εφαρμοστούν.
Η ευρεσιτεχνία DE102009057170A που κατατέθηκε από την Volkswagen το 2009 περιγράφει ένα δοχείο πίεσης τοποθετημένο σε όχημα που θα παρέχει υψηλή απόδοση βάρους, βελτιώνοντας παράλληλα την αξιοποίηση του χώρου. Οι ορθογώνιες δεξαμενές χρησιμοποιούν συνδετήρες τάσης μεταξύ δύο ορθογώνιων απέναντι τοιχωμάτων και οι γωνίες είναι στρογγυλεμένες.
Οι παραπάνω και άλλες έννοιες αναφέρονται από την Gleiss στην εργασία «Ανάπτυξη Διαδικασιών για Κυβικά Δοχεία Πίεσης με Ράβδους Ελαττώματος» των Gleiss et al. στο ECCM20 (26-30 Ιουνίου 2022, Λωζάνη, Ελβετία). Σε αυτό το άρθρο, παραθέτει μια μελέτη του TUM που δημοσιεύτηκε από τους Michael Roof και Sven Zaremba, η οποία διαπίστωσε ότι ένα κυβικό δοχείο πίεσης με αντηρίδες τάσης που συνδέουν ορθογώνιες πλευρές είναι πιο αποτελεσματικό από αρκετούς μικρούς κυλίνδρους που χωρούν στον χώρο μιας επίπεδης μπαταρίας, παρέχοντας περίπου 25% περισσότερο χώρο αποθήκευσης.
Σύμφωνα με τον Gleiss, το πρόβλημα με την εγκατάσταση μεγάλου αριθμού μικρών κυλίνδρων τύπου 4 σε μια επίπεδη θήκη είναι ότι «ο όγκος μεταξύ των κυλίνδρων μειώνεται σημαντικά και το σύστημα έχει επίσης πολύ μεγάλη επιφάνεια διαπερατότητας αερίου H2. Συνολικά, το σύστημα παρέχει μικρότερη χωρητικότητα αποθήκευσης από τα κυβικά βάζα».
Ωστόσο, υπάρχουν και άλλα προβλήματα με τον κυβικό σχεδιασμό της δεξαμενής. «Προφανώς, λόγω του συμπιεσμένου αερίου, πρέπει να αντισταθμίσετε τις δυνάμεις κάμψης στα επίπεδα τοιχώματα», είπε ο Gleiss. «Για αυτό, χρειάζεστε μια ενισχυμένη δομή που συνδέεται εσωτερικά με τα τοιχώματα της δεξαμενής. Αλλά αυτό είναι δύσκολο να γίνει με σύνθετα υλικά».
Η Glace και η ομάδα της προσπάθησαν να ενσωματώσουν ενισχυτικές ράβδους τάσης στο δοχείο πίεσης με τρόπο που θα ήταν κατάλληλος για τη διαδικασία περιέλιξης των νημάτων. «Αυτό είναι σημαντικό για την παραγωγή μεγάλου όγκου», εξηγεί, «και μας επιτρέπει επίσης να σχεδιάσουμε το μοτίβο περιέλιξης των τοιχωμάτων του δοχείου για να βελτιστοποιήσουμε τον προσανατολισμό των ινών για κάθε φορτίο στη ζώνη».
Τέσσερα βήματα για την κατασκευή μιας δοκιμαστικής κυβικής σύνθετης δεξαμενής για το έργο P4H. Πίστωση εικόνας: «Ανάπτυξη μιας διαδικασίας παραγωγής για κυβικά δοχεία πίεσης με αντηρίδα», Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, έργο Polymers4Hydrogen, ECCM20, Ιούνιος 2022.
Για την επίτευξη της τεχνολογίας on-chain, η ομάδα ανέπτυξε μια νέα ιδέα που αποτελείται από τέσσερα κύρια βήματα, όπως φαίνεται παραπάνω. Τα στηρίγματα τάσης, που φαίνονται με μαύρο χρώμα στα σκαλοπάτια, είναι μια προκατασκευασμένη δομή πλαισίου που κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μεθόδους που ελήφθησαν από το έργο MAI Skelett. Για αυτό το έργο, η BMW ανέπτυξε ένα «πλαίσιο» πλαισίου παρμπρίζ χρησιμοποιώντας τέσσερις ράβδους διέλασης ενισχυμένες με ίνες, οι οποίες στη συνέχεια χυτεύτηκαν σε ένα πλαστικό πλαίσιο.
Το πλαίσιο μιας πειραματικής κυβικής δεξαμενής. Εξαγωνικές σκελετικές τομές τρισδιάστατα εκτυπωμένες από το TUM χρησιμοποιώντας μη ενισχυμένο νήμα PLA (πάνω), εισάγοντας ράβδους έλξης CF/PA6 ως στηρίγματα τάσης (μέση) και στη συνέχεια τυλίγοντας το νήμα γύρω από τα στηρίγματα (κάτω). Πίστωση εικόνας: Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου LCC.
«Η ιδέα είναι ότι μπορείτε να κατασκευάσετε το πλαίσιο μιας κυβικής δεξαμενής ως μια αρθρωτή δομή», δήλωσε ο Glace. «Αυτές οι μονάδες τοποθετούνται στη συνέχεια σε ένα εργαλείο χύτευσης, οι αντηρίδες τάσης τοποθετούνται στις μονάδες πλαισίου και στη συνέχεια η μέθοδος MAI Skelett χρησιμοποιείται γύρω από τις αντηρίδες για να τις ενσωματώσει με τα μέρη του πλαισίου.» μέθοδος μαζικής παραγωγής, με αποτέλεσμα μια δομή που στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως άξονας ή πυρήνας για να τυλίξει το σύνθετο κέλυφος της δεξαμενής αποθήκευσης.
Το TUM σχεδίασε το πλαίσιο της δεξαμενής ως ένα κυβικό «μαξιλάρι» με συμπαγείς πλευρές, στρογγυλεμένες γωνίες και ένα εξαγωνικό μοτίβο στο πάνω και στο κάτω μέρος, μέσω του οποίου μπορούν να εισαχθούν και να στερεωθούν οι δέστρες. Οι οπές για αυτές τις σχάρες εκτυπώθηκαν επίσης τρισδιάστατα. «Για την αρχική μας πειραματική δεξαμενή, εκτυπώσαμε τρισδιάστατα τμήματα εξαγωνικού πλαισίου χρησιμοποιώντας πολυγαλακτικό οξύ [PLA, ένα βιοθερμοπλαστικό] επειδή ήταν εύκολο και φθηνό», δήλωσε ο Glace.
Η ομάδα αγόρασε 68 ράβδους πολυαμιδίου 6 (PA6) ενισχυμένες με ίνες άνθρακα από την SGL Carbon (Meitingen, Γερμανία) για χρήση ως συνδετήρες. «Για να δοκιμάσουμε την ιδέα, δεν κάναμε καμία χύτευση», λέει ο Gleiss, «αλλά απλώς εισάγαμε διαχωριστικά σε ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο πλαίσιο πυρήνα κηρήθρας και τα κολλήσαμε με εποξειδική κόλλα. Αυτό στη συνέχεια παρέχει έναν άξονα για την περιέλιξη της δεξαμενής». Σημειώνει ότι παρόλο που αυτές οι ράβδοι είναι σχετικά εύκολες στην περιέλιξη, υπάρχουν ορισμένα σημαντικά προβλήματα που θα περιγραφούν αργότερα.
«Στο πρώτο στάδιο, ο στόχος μας ήταν να δείξουμε την κατασκευασιμότητα του σχεδιασμού και να εντοπίσουμε προβλήματα στην ιδέα της παραγωγής», εξήγησε ο Gleiss. «Έτσι, οι αντηρίδες τάσης προεξέχουν από την εξωτερική επιφάνεια της σκελετικής δομής και συνδέουμε τις ίνες άνθρακα σε αυτόν τον πυρήνα χρησιμοποιώντας περιέλιξη με υγρό νήμα. Στη συνέχεια, στο τρίτο βήμα, λυγίζουμε την κεφαλή κάθε ράβδου σύνδεσης. θερμοπλαστικό, οπότε χρησιμοποιούμε απλώς θερμότητα για να αναδιαμορφώσουμε την κεφαλή έτσι ώστε να ισιώσει και να ασφαλίσει στο πρώτο στρώμα περιτυλίγματος. Στη συνέχεια, προχωράμε στην εκ νέου περιτύλιξη της δομής έτσι ώστε η επίπεδη κεφαλή ώθησης να περικλείεται γεωμετρικά μέσα στη δεξαμενή. laminate στα τοιχώματα.
Αποστάτης για την περιέλιξη. Το TUM χρησιμοποιεί πλαστικά καπάκια στα άκρα των ράβδων τάσης για να αποτρέψει το μπλέξιμο των ινών κατά την περιέλιξη του νήματος. Πίστωση εικόνας: Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου LCC.
Ο Glace επανέλαβε ότι αυτή η πρώτη δεξαμενή ήταν μια απόδειξη της ιδέας. «Η χρήση τρισδιάστατης εκτύπωσης και κόλλας ήταν μόνο για αρχικές δοκιμές και μας έδωσε μια ιδέα για μερικά από τα προβλήματα που αντιμετωπίσαμε. Για παράδειγμα, κατά την περιέλιξη, τα νήματα πιάστηκαν από τα άκρα των ράβδων τάσης, προκαλώντας θραύση των ινών, ζημιά στις ίνες και μείωση της ποσότητας των ινών για να αντιμετωπίσουμε αυτό. Χρησιμοποιήσαμε μερικά πλαστικά καπάκια ως βοηθήματα κατασκευής που τοποθετήθηκαν στους στύλους πριν από το πρώτο βήμα περιέλιξης. Στη συνέχεια, όταν κατασκευάστηκαν τα εσωτερικά ελάσματα, αφαιρέσαμε αυτά τα προστατευτικά καπάκια και αναδιαμορφώσαμε τα άκρα των στύλων πριν από την τελική περιέλιξη».
Η ομάδα πειραματίστηκε με διάφορα σενάρια ανακατασκευής. «Όσοι κοιτάζουν τριγύρω δουλεύουν καλύτερα», λέει η Grace. «Επίσης, κατά τη φάση της πρωτοτυποποίησης, χρησιμοποιήσαμε ένα τροποποιημένο εργαλείο συγκόλλησης για να εφαρμόσουμε θερμότητα και να αναδιαμορφώσουμε τα άκρα των μπιελών. Σε μια ιδέα μαζικής παραγωγής, θα υπήρχε ένα μεγαλύτερο εργαλείο που θα μπορούσε να διαμορφώσει και να διαμορφώσει όλα τα άκρα των αντηρίδων σε ένα εσωτερικό φινίρισμα ταυτόχρονα».
Αναδιαμόρφωση κεφαλών ράβδων έλξης. Το TUM πειραματίστηκε με διαφορετικές έννοιες και τροποποίησε τις συγκολλήσεις για να ευθυγραμμίσει τα άκρα των σύνθετων συνδέσμων για σύνδεση με το έλασμα του τοιχώματος της δεξαμενής. Πίστωση εικόνας: «Ανάπτυξη μιας διαδικασίας παραγωγής για κυβικά δοχεία πίεσης με στήριγμα», Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, έργο Polymers4Hydrogen, ECCM20, Ιούνιος 2022.
Έτσι, το laminate σκληραίνει μετά το πρώτο βήμα περιέλιξης, οι στύλοι αναδιαμορφώνονται, το TUM ολοκληρώνει το δεύτερο τύλιγμα των νημάτων και στη συνέχεια το laminate του εξωτερικού τοιχώματος της δεξαμενής σκληραίνει για δεύτερη φορά. Λάβετε υπόψη ότι πρόκειται για σχεδιασμό δεξαμενής τύπου 5, που σημαίνει ότι δεν διαθέτει πλαστική επένδυση ως φράγμα αερίων. Δείτε τη συζήτηση στην ενότητα Επόμενα βήματα παρακάτω.
«Κόψαμε την πρώτη επίδειξη σε διατομές και χαρτογραφήσαμε την συνδεδεμένη περιοχή», είπε ο Glace. «Ένα κοντινό πλάνο δείχνει ότι είχαμε κάποια προβλήματα ποιότητας με το laminate, καθώς οι κεφαλές των αμορτισέρ δεν εφάπτονταν επίπεδα στο εσωτερικό laminate».
Επίλυση προβλημάτων με κενά μεταξύ του ελασματοποιημένου υλικού των εσωτερικών και εξωτερικών τοιχωμάτων της δεξαμενής. Η τροποποιημένη κεφαλή της ράβδου σύνδεσης δημιουργεί ένα κενό μεταξύ της πρώτης και της δεύτερης στροφής της πειραματικής δεξαμενής. Πίστωση εικόνας: Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου LCC.
Αυτή η αρχική δεξαμενή διαστάσεων 450 x 290 x 80 χιλιοστών ολοκληρώθηκε το περασμένο καλοκαίρι. «Έχουμε σημειώσει μεγάλη πρόοδο από τότε, αλλά εξακολουθούμε να έχουμε ένα κενό μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού laminate», είπε ο Glace. «Έτσι, προσπαθήσαμε να γεμίσουμε αυτά τα κενά με μια καθαρή ρητίνη υψηλού ιξώδους. Αυτό στην πραγματικότητα βελτιώνει τη σύνδεση μεταξύ των στηριγμάτων και του laminate, γεγονός που αυξάνει σημαντικά τη μηχανική καταπόνηση».
Η ομάδα συνέχισε να αναπτύσσει τον σχεδιασμό και τη διαδικασία της δεξαμενής, συμπεριλαμβανομένων λύσεων για το επιθυμητό μοτίβο περιέλιξης. «Οι πλευρές της δοκιμαστικής δεξαμενής δεν ήταν πλήρως καμπυλωμένες επειδή ήταν δύσκολο για αυτή τη γεωμετρία να δημιουργήσει μια διαδρομή περιέλιξης», εξήγησε ο Glace. «Η αρχική μας γωνία περιέλιξης ήταν 75°, αλλά γνωρίζαμε ότι χρειάζονταν πολλαπλά κυκλώματα για να καλυφθεί το φορτίο σε αυτό το δοχείο πίεσης. Ψάχνουμε ακόμα μια λύση σε αυτό το πρόβλημα, αλλά δεν είναι εύκολο με το λογισμικό που διατίθεται αυτήν τη στιγμή στην αγορά. Μπορεί να γίνει ένα επόμενο έργο.
«Έχουμε αποδείξει τη σκοπιμότητα αυτής της ιδέας παραγωγής», λέει ο Gleiss, «αλλά πρέπει να εργαστούμε περαιτέρω για να βελτιώσουμε τη σύνδεση μεταξύ του laminate και να αναδιαμορφώσουμε τις ράβδους σύνδεσης. «Εξωτερικές δοκιμές σε μια μηχανή δοκιμών. Βγάζετε τους αποστάτες από το laminate και δοκιμάζετε τα μηχανικά φορτία που μπορούν να αντέξουν αυτές οι ενώσεις».
Αυτό το μέρος του έργου Polymers4Hydrogen θα ολοκληρωθεί στα τέλη του 2023, οπότε και η Gleis ελπίζει να ολοκληρώσει τη δεύτερη δεξαμενή επίδειξης. Είναι ενδιαφέρον ότι τα σημερινά σχέδια χρησιμοποιούν ενισχυμένα θερμοπλαστικά στο πλαίσιο και θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά στα τοιχώματα της δεξαμενής. Θα χρησιμοποιηθεί αυτή η υβριδική προσέγγιση στην τελική δεξαμενή επίδειξης; «Ναι», είπε η Grace. «Οι συνεργάτες μας στο έργο Polymers4Hydrogen αναπτύσσουν εποξειδικές ρητίνες και άλλα σύνθετα υλικά μήτρας με καλύτερες ιδιότητες φραγμού υδρογόνου». Απαριθμεί δύο συνεργάτες που εργάζονται σε αυτό το έργο, την PCCL και το Πανεπιστήμιο του Τάμπερε (Τάμπερε, Φινλανδία).
Η Gleiss και η ομάδα της αντάλλαξαν επίσης πληροφορίες και συζήτησαν ιδέες με τον Jaeger σχετικά με το δεύτερο έργο HyDDen από τη σύμμορφη σύνθετη δεξαμενή LCC.
«Θα κατασκευάσουμε ένα σύμμορφο σύνθετο δοχείο πίεσης για ερευνητικά drones», λέει ο Jaeger. «Πρόκειται για μια συνεργασία μεταξύ των δύο τμημάτων του Τμήματος Αεροδιαστημικής και Γεωδαιτικής του TUM – LCC και του Τμήματος Τεχνολογίας Ελικοπτέρων (HT). Το έργο θα ολοκληρωθεί μέχρι το τέλος του 2024 και αυτή τη στιγμή ολοκληρώνουμε το δοχείο πίεσης. Ένα σχέδιο που είναι περισσότερο μια αεροδιαστημική και αυτοκινητοβιομηχανική προσέγγιση. Μετά από αυτό το αρχικό στάδιο της σύλληψης, το επόμενο βήμα είναι η εκτέλεση λεπτομερούς δομικής μοντελοποίησης και η πρόβλεψη της απόδοσης του φράγματος της δομής του τοίχου».
«Η όλη ιδέα είναι να αναπτυχθεί ένα εξερευνητικό drone με υβριδικό σύστημα πρόωσης κυψελών καυσίμου και μπαταρίας», συνέχισε. Θα χρησιμοποιεί την μπαταρία κατά τη διάρκεια υψηλών φορτίων ισχύος (δηλαδή απογείωσης και προσγείωσης) και στη συνέχεια θα μεταβαίνει σε κυψέλη καυσίμου κατά τη διάρκεια πτήσης με ελαφρύ φορτίο. «Η ομάδα HT είχε ήδη ένα ερευνητικό drone και επανασχεδίασε το σύστημα μετάδοσης κίνησης ώστε να χρησιμοποιεί τόσο μπαταρίες όσο και κυψέλες καυσίμου», δήλωσε ο Yeager. «Αγόρασαν επίσης μια δεξαμενή CGH2 για να δοκιμάσουν αυτό το κιβώτιο ταχυτήτων».
«Η ομάδα μου είχε αναλάβει την κατασκευή ενός πρωτοτύπου δεξαμενής πίεσης που θα ταίριαζε, αλλά όχι λόγω των προβλημάτων συσκευασίας που θα δημιουργούσε μια κυλινδρική δεξαμενή», εξηγεί. «Μια πιο επίπεδη δεξαμενή δεν προσφέρει τόσο μεγάλη αντίσταση στον αέρα. Έτσι, έχετε καλύτερη απόδοση πτήσης». Διαστάσεις δεξαμενής περίπου 830 x 350 x 173 mm.
Πλήρως θερμοπλαστική δεξαμενή συμβατή με AFP. Για το έργο HyDDen, η ομάδα LCC στο TUM αρχικά διερεύνησε μια παρόμοια προσέγγιση με αυτήν που χρησιμοποίησε το Glace (παραπάνω), αλλά στη συνέχεια προχώρησε σε μια προσέγγιση που χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό αρκετών δομικών ενοτήτων, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν υπερβολικά χρησιμοποιώντας AFP (παρακάτω). Πίστωση εικόνας: Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου LCC.
«Μια ιδέα είναι παρόμοια με την προσέγγιση της Elisabeth [Gleiss]», λέει ο Yager, «να εφαρμόσουμε στηρίγματα τάσης στο τοίχωμα του δοχείου για να αντισταθμίσουμε τις υψηλές δυνάμεις κάμψης. Ωστόσο, αντί να χρησιμοποιήσουμε μια διαδικασία περιέλιξης για την κατασκευή της δεξαμενής, χρησιμοποιούμε AFP. Επομένως, σκεφτήκαμε να δημιουργήσουμε ένα ξεχωριστό τμήμα του δοχείου πίεσης, στο οποίο οι σχάρες είναι ήδη ενσωματωμένες. Αυτή η προσέγγιση μου επέτρεψε να συνδυάσω αρκετές από αυτές τις ενσωματωμένες μονάδες και στη συνέχεια να εφαρμόσω ένα τελικό καπάκι για να σφραγίσω τα πάντα πριν από την τελική περιέλιξη AFP».
«Προσπαθούμε να οριστικοποιήσουμε μια τέτοια ιδέα», συνέχισε, «και επίσης να ξεκινήσουμε δοκιμές στην επιλογή των υλικών, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για να διασφαλίσουμε την απαραίτητη αντίσταση στη διείσδυση αερίου H2. Για αυτό, χρησιμοποιούμε κυρίως θερμοπλαστικά υλικά και εργαζόμαστε πάνω σε διάφορους τρόπους με τους οποίους το υλικό θα επηρεάσει αυτή τη συμπεριφορά διείσδυσης και την επεξεργασία στη μηχανή AFP. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε εάν η επεξεργασία θα έχει αποτέλεσμα και εάν απαιτείται κάποια μετεπεξεργασία. Θέλουμε επίσης να μάθουμε εάν διαφορετικές στοίβες θα επηρεάσουν τη διείσδυση υδρογόνου μέσω του δοχείου πίεσης».
Η δεξαμενή θα είναι κατασκευασμένη εξ ολοκλήρου από θερμοπλαστικό και οι ταινίες θα παρέχονται από την Teijin Carbon Europe GmbH (Βούπερταλ, Γερμανία). «Θα χρησιμοποιήσουμε τα υλικά τους PPS [πολυφαινυλενοσουλφίδιο], PEEK [πολυαιθερική κετόνη] και LM PAEK [πολυαρυλική κετόνη χαμηλής τήξης]», δήλωσε ο Yager. «Στη συνέχεια, γίνονται συγκρίσεις για να διαπιστωθεί ποιο είναι το καλύτερο για προστασία από διείσδυση και παραγωγή εξαρτημάτων με καλύτερη απόδοση». Ελπίζει να ολοκληρώσει τις δοκιμές, τη δομική και διεργασιακή μοντελοποίηση και τις πρώτες επιδείξεις μέσα στο επόμενο έτος.
Η ερευνητική εργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο της ενότητας COMET «Polymers4Hydrogen» (ID 21647053) στο πλαίσιο του προγράμματος COMET του Ομοσπονδιακού Υπουργείου για την Κλιματική Αλλαγή, το Περιβάλλον, την Ενέργεια, την Κινητικότητα, την Καινοτομία και την Τεχνολογία και του Ομοσπονδιακού Υπουργείου για την Ψηφιακή Τεχνολογία και την Οικονομία. . Οι συγγραφείς ευχαριστούν τους συμμετέχοντες εταίρους Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, Αυστρία), Montanuniversitaet Leoben (Σχολή Μηχανικής και Επιστήμης Πολυμερών, Τμήμα Χημείας Πολυμερών Υλικών, Τμήμα Επιστήμης Υλικών και Δοκιμών Πολυμερών), Πανεπιστήμιο του Τάμπερε (Σχολή Μηχανικών Υλικών). ) Επιστήμη), Peak Technology και Faurecia που συνέβαλαν σε αυτή την ερευνητική εργασία. Το COMET-Modul χρηματοδοτείται από την κυβέρνηση της Αυστρίας και την κυβέρνηση του κρατιδίου της Στυρίας.
Τα προ-ενισχυμένα φύλλα για φέρουσες κατασκευές περιέχουν συνεχείς ίνες – όχι μόνο από γυαλί, αλλά και από άνθρακα και αραμίδιο.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι κατασκευής σύνθετων εξαρτημάτων. Επομένως, η επιλογή της μεθόδου για ένα συγκεκριμένο εξάρτημα θα εξαρτηθεί από το υλικό, το σχεδιασμό του εξαρτήματος και την τελική χρήση ή εφαρμογή. Ακολουθεί ένας οδηγός επιλογής.
Η Shocker Composites και η R&M International αναπτύσσουν μια αλυσίδα εφοδιασμού από ανακυκλωμένες ίνες άνθρακα που παρέχει μηδενική σφαγή, χαμηλότερο κόστος από τις παρθένες ίνες και τελικά θα προσφέρει μήκη που πλησιάζουν τις συνεχείς ίνες σε δομικές ιδιότητες.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Μαρτίου 2023