So'nggi yillarda aerokosmik dunyo, jumladan, tijorat va harbiy samolyotlar, sun'iy yo'ldoshlar, kosmik kemalar, dronlar va uchuvchisiz havo vositalari (UAV) ba'zi keskin o'zgarishlarga duch keldi. Kosmik poygaga tobora ko'proq kompaniyalar qo'shilmoqda, ularning aksariyati innovatsion ishlab chiqarish texnologiyalarini talab qiladi.
Bundan farqli o'laroq, yangi toj epidemiyasi sababli tijorat aviatsiyasiga sayohat cheklovlarining ta'siri fuqarolik samolyotlarini ishlab chiqarish tezligini uchdan biriga pasayishiga olib keldi.
2019-yilda Yevropa fuqarolik samolyotlari va vertolyotlar, jumladan, turli komponentlar va samolyot dvigatellari ishlab chiqarish bo‘yicha dunyoda yetakchilardan biri bo‘lib, 400 ga yaqin ish o‘rinlarini qo‘llab-quvvatladi{2}} va 130 milliard yevro daromad keltirdi. Kosmik tadqiqotlar va mudofaa pandemiyadan deyarli ta'sirlanmagan bo'lsa-da, fuqarolik samolyotlarini ishlab chiqarish hali ham tiklanmoqda.
Mashhur konsalting va tadqiqot kompaniyasi McKinsey 2023 yil fevral oyida chop etilgan "Tijorat aerokosmik sohasidagi noaniqlik" (Tijorat aerokosmik sohasidagi noaniqlik) da dunyo 9400 ta yo'lovchi samolyoti (asosan tor korpusli samolyotlar) qurilishini hazm qilishi kerakligini ma'lum qildi. ) 2027 yil oxirigacha. samolyot) orqada qolish. Ammo kelajakda havo yo'lovchilari oqimining o'sishi, ta'minot zanjirlari va ishchi kuchining salomatligi haqida noaniqlik mavjud. Natijada, ishlab chiqaruvchilar ishlab chiqarish samaradorligini oshirishi va orqada qoladigan muammolarni hal qilish va talabning kelajakdagi o'zgarishlariga javob berish uchun moslashuvchanlikni oshirishi kerak.
Lazer bilan ishlov berishning samaradorlikni oshirish va xarajatlarni past darajada ushlab turish qobiliyati aviatsiya sanoatining ushbu javobini ta'minlashda muhim rol o'ynashi mumkin. Lazer bilan ishlov berish - kesish, payvandlash, peening va burg'ulash ko'rinishidagi operatsiyalar - aerokosmik ishlab chiqarishning ajralmas qismiga aylandi.
Masalan, lazerlar samolyot qanotlari, qanot mahkamlagichlari, reaktiv dvigatel qismlari va o'rindiq qismlari uchun qanotlar tayyorlash uchun ishlatiladi, shuningdek, turbinalarni ta'mirlash, qismlardan bo'yoqlarni tozalash yoki olib tashlash va qismlarni keyingi ishlov berish uchun tayyorlash uchun ishlatiladi. qismi yuzasi. So'nggi yillarda lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish (AM) kosmik parvozlarda ham mashhurlik kasb etdi. Bundan tashqari, bozor aerokosmik komponentlarning kuzatilishini yaxshilashga umid qilmoqda va lazer belgilariga qo'yiladigan talablar ham ortib bormoqda.
Lazerli kesish va payvandlash
Lazerni kesish aerokosmik sektorning talabchan ishlab chiqarish talablariga javob beradigan tez, tejamkor va aniq jarayondir.
An'anaviy ishlov berish bilan solishtirganda, lazerni kesish yuqori aniqlik, kamroq material chiqindilari, tez ishlov berish tezligi, arzon narxlardagi va kamroq uskunaga texnik xizmat ko'rsatishga ega. Bundan tashqari, u tez va oson ishlov berishda kerakli o'zgarishlarni amalga oshirgani uchun unumdorlikni oshiradi.
Lazerlar qanotlarni mahkamlash qismlarini, jig qismlarini, so'nggi effektli qismlarini, asbob qismlarini va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. U payvandlangan moyli qistirmalari va titaniumli qon ketish kanallari manifoldlari kabi kichik qismlarga, shuningdek, egzoz konuslari kabi kattaroq qismlarga teng darajada mos keladi. U alyuminiy, Hastelloy (molibden va xrom kabi elementlar bilan qotishma qilingan nikel), Inconel, Nitinol, Nitinol, zanglamaydigan po'lat, tantal va titan kabi turli xil aerokosmik materiallarni qayta ishlashga qodir.
Lazerli payvandlash, shuningdek, aerokosmosda yopishtiruvchi bog'lash va mexanik mahkamlash kabi an'anaviy birlashma usullariga muqobil sifatida ishlatiladi. Misol uchun, samolyot qurilishida engil alyuminiy qotishmalari va uglerod tolasi bilan mustahkamlangan polimerlarni (CFRP) lazerli payvandlashdan foydalanish tobora ommalashib bormoqda va iloji boricha perchinlarni almashtirish uchun foydalanilmoqda. Yoqilg'i baklarini birlashtirish, bo'g'inlarning samaradorligi va mustahkamligini oshirish, qayta ishlashni kamaytirish va ko'p pulni tejashda lazerli to'quv payvandlash kabi usullar ham muvaffaqiyatli bo'ldi. Aerokosmik sohada payvandlashning boshqa muvaffaqiyatlari orasida turbinali pichoqning quyma yadrosini qopqoq plastinkasiga ulash kiradi; va laminar oqim nazoratini oshiradigan, tortishni kamaytiradigan va yoqilg'i samaradorligini optimallashtiradigan yangi turdagi engil qanot qopqog'ini yaratish.
Lazerli payvandlash an'anaviy usullarga nisbatan xarajatlarni tejash, komponentlar og'irligini kamaytirish va payvandlash sifatini yaxshilash imkoniyatiga ega va hozirda bir nechta ishlab chiqaruvchilar samolyot korpusining qismlarini ishlab chiqarish uchun lazerli payvandlashni ko'rib chiqmoqda.
Laser tozalash
Aerokosmik sohadagi ishlab chiqaruvchilar qayta bo'yashdan oldin metall va kompozit yuzalarning qatlamlarini olib tashlash, qoplamalarni yoki korroziyani olib tashlash va katta qismlardan yoki butun samolyotdan bo'yoqni olib tashlash uchun lazerli tozalashdan foydalanadilar.
Tozalash jarayonida lazer metall yuzasi tomonidan so'riladi va bug'lanadi, shu bilan sirt materialining ablatsiyasiga erishiladi, shu bilan birga ichki qatlam materialiga ozgina ta'sir qiladi va tarkibiy qismlarga tasodifiy termal shikast etkazmaydi. Kilovot sinfidagi impulsli tolali lazerlar, ayniqsa, tez lazer bilan tozalash uchun juda mos keladi - ular turli xil materiallarni, shu jumladan keramika, kompozitlar, metallar va plastmassalarni samarali, yuqori aniqlik bilan tozalash imkonini beradi.
So'nggi yillarda samolyotlarda kompozit materiallardan foydalanish ko'paydi va shuning uchun metallarni kompozit materiallarga birlashtirish zarurati paydo bo'ldi. Aerokosmik ishlab chiqarishda yopishtiruvchi moddalar ushbu ikkita o'xshash bo'lmagan materialni birlashtirish uchun ishlatilishi mumkin. Kuchli bog'lanishni yaratish uchun yopishtiruvchi qo'llanilishidan oldin ikkita sirt ehtiyotkorlik bilan tayyorlanishi kerak.
Lazer bilan tozalash juda mos keladi, chunki u juda qattiq boshqariladigan, takrorlanadigan sirt qoplamasini yaratadi, bu izchil, oldindan aytib bo'ladigan bog'lanish imkonini beradi. An'anaga ko'ra, bu halokatli portlatish usullari yoki bir nechta kimyoviy moddalarni qo'llash orqali amalga oshiriladi. Biroq, lazerli tozalash endi bir bosqichli usulni taklif etadi, bu nafaqat tejamkor va samarali, balki zaharli kimyoviy moddalar yoki portlatish materiallari talab qilinmaydigan atrof-muhitga kamroq ta'sir qiladi. Lazer bilan tozalash ham an'anaviy usullarga qaraganda qismlarga nisbatan yumshoqroq.
Metall va kompozit samolyot qismlarini lazer bilan tozalashshuningdek, bo'yoqni tozalashda kimyoviy tozalash yoki portlatish usullaridan ko'ra foydaliroqdir. Foydalanish muddati davomida samolyot 4-5 marta qayta bo'yalishi mumkin va an'anaviy usullardan foydalangan holda butun samolyotdan bo'yoqni olib tashlash uchun bir hafta yoki undan ko'proq vaqt ketishi mumkin. Aksincha, lazer bilan tozalash samolyotning oʻlchamiga qarab bu vaqtni 3-4 kungacha qisqartirishi mumkin, shuningdek, qismlarni ishchilar uchun qulayroq qiladi. Bundan tashqari, kimyoviy tozalash yoki portlatish o'rniga bo'yoqlarni olib tashlash uchun foydalanilganda, lazer bilan tozalash sezilarli darajada tejamkorlikni ta'minlaydi - har bir samolyot uchun minglab funt sterling, chunki xavfli chiqindilar taxminan 90 foizga yoki undan ko'proqqa kamayadi va materiallarga ishlov berish talablari kamayadi.
Lazerli peening/lazer zarbasi
Metall komponentlar ichidagi stresslar samolyot qismlarida metall charchoqning buzilishiga olib kelishi mumkin, masalan, reaktiv dvigatellardagi fan pichoqlari, bu shikastlanish yoki shikastlanishga olib kelishi mumkin. Buni lazer peening deb nomlanuvchi texnika yordamida yumshatish mumkin.
Bu jarayonda lazer nurlarining impulslari yuqori stress kontsentratsiyasi bo'lgan hududga yo'naltiriladi va har bir impuls komponent yuzasi bilan tepaga püskürtülmüş suv qatlami o'rtasida kichik plazma portlashini yoqadi. Suv qatlami portlashni cheklab qo'yadi, bu zarba to'lqinining komponentga kirib borishiga va uning tarqalish maydoni kengayishi bilan siqilish qoldiq stresslarini keltirib chiqaradi. Bu stresslar yorilish va metall charchoqning boshqa shakllariga qarshi turadi. An'anaviy jarayonlar bilan taqqoslaganda, lazer bilan mustahkamlash metall qismlarning xizmat qilish muddatini 10-15 martaga uzaytirishi mumkin.
Aerokosmik sanoatida lazerli peening tobora ko'proq foydalanilmoqda. Misol uchun, LSP Technologies va Airbus birgalikda yaqinda Airbusning Frantsiyaning Tuluza shahridagi texnik va ta'mirlash zavodida sinovdan o'tkazilgan va baholangan portativ lazerli peening tizimini ishlab chiqdi.
Leopard lazerli peening tizimi tsiklik tebranish stressidan kelib chiqadigan yoriqlarning boshlanishi va tarqalishini inhibe qilish orqali charchoq muddatini uzaytiradi. Optik tolali nurlarni etkazib berishning moslashuvchanligi va moslashtirilgan asboblar tizimga samolyotlar etib borishi qiyin bo'lgan joylarni lazer bilan yoritishga imkon beradi. Hamkorlarning fikriga ko'ra, tizim lazerni mustahkamlash texnologiyasida yutuq bo'lib, undan foydalanishni, jumladan, reaktiv dvigatel pichoqlarining ishlash muddatini uzaytiradi va boshqalar.
AQSh Harbiy-dengiz kuchlarining Sharqiy flotga tayyorgarlik markazi (FRCE) ham yaqinda F-35B Lightning II samolyotida muvaffaqiyatli qo‘llanilgan lazer zarbasi bilan ishlov berish jarayonini tekshirishni yakunladi. FRCE bu jarayondan F-35B Lightning II ramkasini mustahkamlash uchun uning yoqilg‘i yoki qurol tashish imkoniyatlarini cheklaydigan qo‘shimcha material yoki og‘irlik qo‘shmasdan foydalangan. Bu AQSh dengiz piyodalari korpusi tomonidan qo'llaniladigan beshinchi avlod qiruvchi samolyotlarining, qisqa uchish va qo'nish variantlarining umr ko'rish muddatini uzaytirishga yordam beradi.
Laser burg'ulash
Zamonaviy aeromotorlar 500 ga yaqin teshikka ega, bu 1980-yillarda ishlab chiqarilgan dvigatellardan 100 baravar ko'p. Shu bilan birga, samolyot ishlab chiqaruvchilari perchinlash va vidalanish uchun ko'p sonli burg'ulash teshiklari mavjud bo'lgan boshqa komponentlar soni ortib bormoqda. Shu sababli, aerokosmik sohada lazerli burg'ulash katta bozor salohiyatiga ega, chunki u aniq, takrorlanadigan, tez va tejamkor jarayonni ta'minlaydi.
Masalan, qanot yoki empennaj stabilizatorlariga o'rnatiladigan katta titaniumli HLFC (Gibrid Laminar Flow Control) panellarini samarali va aniq mikro burg'ulash uchun yangi yuqori quvvatli femtosekundli lazer tizimlari ishlab chiqilmoqda. Ushbu panellar havoni kichik teshiklar orqali tortadi, bu ishqalanish qarshiligini kamaytiradi va yoqilg'i sarfini kamaytiradi.
Lazerli burg'ulash kontaktsiz bo'lgani uchun, ishlov beriladigan materialni an'anaviy asboblar bilan bir xil tarzda mahkamlash kerak emas. Kontaktsiz bo'lishning yana bir afzalligi - CFRP komponentlari uchun burg'ulash operatsiyalarida alohida afzalliklarni ifodalovchi asboblarning aşınmasının yo'qligi. Qattiqligi tufayli CFRP komponentlari an'anaviy asboblar uchun juda abraziv bo'lishi mumkin. Lazerli burg'ulash juda yuqori tezlikda ham amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun issiqlikning haddan tashqari shikastlanishi qayta ishlanadigan materialga zarar keltirmaydi.
Aqo'shimcha ishlab chiqarish
Aerokosmik sanoatda lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish (AM) ham jadal rivojlandi. Ushbu texnikada lazerlar shakllar yaratish uchun ketma-ket kukun qatlamlarini eritadi. Kaliforniyada joylashgan raketa kompaniyasi yaqinda yengilroq, tezroq va kuchliroq kosmik komponentlarni yaratish orqali kosmik missiyalarini yanada tejamkor va samarali qilish uchun ikkita 12-lazer nurli 3D printerga buyurtma berdi.
Ko'pgina loyihalar hali sinov bosqichida bo'lsa-da, lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish allaqachon Marsga ikkita missiyada muvaffaqiyatli qo'llanilgan. 2012-yil avgust oyida qo‘ngan NASAning Curiosity roveri 3D-bosma qismlarni Marsga olib kelgan birinchi missiya edi. Bu Marsdagi namunalarni tahlil qilish (SAM) asbobidagi keramik komponent bo'lib, qo'shimchalar ishlab chiqarish usullarining ishonchliligini tekshirish uchun davom etayotgan sinov dasturining bir qismidir.
Shu bilan birga, NASAning 2021-yil fevralida Marsga qo‘ngan “Perseverance” roverida lazer yordamida qo‘shimcha ravishda ishlab chiqarilgan 11 ta metall qismlar mavjud. Ushbu komponentlardan beshtasi Marsda fotoalbom mikrobial hayot belgilarini qidirayotgan Perseverance kompaniyasining rentgen litokimyosi uchun sayyoraviy asbobida (PIXL) mavjud. Bu qismlar shunchalik engil bo'lishi kerakki, zarb qilish, qoliplash va kesish kabi an'anaviy texnikalar ularni ishlab chiqara olmaydi.
NASA shuningdek, lazer qo'shimchalari yordamida raketa komponentlarini ishlab chiqarish bo'yicha tajriba o'tkazmoqda. Bir tadqiqotda raketa dvigatelining yonish kamerasi mis qotishmasidan tayyorlangan. Ushbu lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishning davom etishi an'anaviy ishlov berish, birlashtirish va yig'ish uchun zarur bo'lgan vaqtning oltidan bir qismida va taxminan yarmi narxida ishlab chiqarilishiga olib keldi. Amaldagi mis qotishmasi infraqizil lazerlarni juda aks ettirganligi sababli, NASA endi yashil yoki ko'k lazerlar samaradorlik va mahsuldorlikni qanday oshirishi mumkinligini o'rganmoqda.
Aerokosmik sohada qo'shimcha ishlab chiqarishdan foydalanish hali ham dastlabki bosqichda bo'lsa-da, kelgusi 20 yil ichida o'sishi kutilmoqda.
Lazer teksturasi
Lazerli tekstura ham aerokosmik sanoatida juda yangi dastur hisoblanadi. Bu jarayonda ultratezkor lazerlar samolyot yuzasida mikro-nanostrukturalarni yaratish uchun to'g'ridan-to'g'ri lazer interferentsiyasi naqshlari (DLIP) deb nomlanadi, bu tabiiy "lotus effekti" ni yaratish uchun ishlatiladi, bu sirtni oldini olishga yordam beradigan nanostrukturalarni yaratadi. ifloslanish va samolyotda muz hosil bo'lishining oldini olish.
Innovatsion optika kuchli ultratezkor lazer zarbasini bir nechta qisman nurlarga ajratadi, keyinchalik ular qayta ishlanadigan sirtda birlashtiriladi. Mikroskop ostida ko'rilganda, hosil bo'lgan mikroyapı "ustunlar" yoki gofrirovka qilingan mikroskopik "zallarga" o'xshaydi. "Ustunlar" orasidagi masofa taxminan 150 nm dan 30 mkm gacha - bu tuzilish shuni anglatadiki, suv tomchilari endi sirtni namlashi va unga yopishib olishi mumkin emas, chunki ular sirtni etarlicha ushlab turmaydilar.
Samolyotlar uchun materialning afzalliklari suv, muz va hasharotlarga qarshi chidamlilikni oshiradi. Ular samolyot yuzasiga yopishib olishi va samolyotning shamolga chidamliligini oshirishi va shu bilan yoqilg'i sarfini oshirishi mumkin. Ushbu lazerli teksturani qo'llash, muzlashdan saqlanish uchun hozirda samolyot yuzasiga qo'llaniladigan zaharli kimyoviy muolajalarga bo'lgan ehtiyojni kamaytiradi. Ma'lumki, u qariydi va vaqt o'tishi bilan shikastlanishga moyil bo'ladi. Bundan tashqari, DLIP usuli bilan ishlab chiqarilgan lazer tuzilmalari atrof-muhitga xavf tug'dirmasdan yillar davomida xizmat qilishi mumkin.
