So'nggi yillarda aerokosmik sektor, jumladan, tijorat va harbiy samolyotlar, sun'iy yo'ldoshlar, kosmik kemalar, dronlar va uchuvchisiz uchish apparatlari (UAV) - ba'zi katta o'zgarishlarga duch keldi. Kosmik poygaga ko'plab kompaniyalar qo'shildi, ularning aksariyati innovatsion ishlab chiqarish texnologiyalarini talab qiladi.
Aksincha, pandemiya sababli sayohat cheklovlarining tijorat aviatsiyasiga ta'siri fuqarolik samolyotlarini ishlab chiqarish stavkalarining uchdan biriga pasayishiga olib keldi.
2019 yilda Yevropa fuqarolik samolyotlari va vertolyotlar (jumladan, turli komponentlar va samolyot dvigatellari) ishlab chiqarish bo‘yicha jahon yetakchilaridan biri bo‘lib, 400 ga yaqin000 ish o‘rni va 130 milliard yevro daromad keltirdi. Kosmik tadqiqotlar va mudofaa Yangi Crown pandemiyasidan deyarli ta'sirlanmagan bo'lsa-da, fuqarolik samolyotlarini ishlab chiqarish va ishlab chiqarish hali tiklanish bosqichida.
McKinsey yetakchi konsalting va tadqiqot firmasi o‘zining 2023-yil fevral oyidagi “Uncertainty in Commercial Aerospace” nashrida ma’lum qilishicha, dunyo 2027-yil oxirigacha 9400 ta yo‘lovchi samolyotini (asosan tor korpusli reaktivlar) qurish bo‘yicha buyurtmalar to‘plamini o‘zlashtirishi kerak. Ammo noaniqlik bor havo yo'lovchi transportining kelajakdagi o'sishi, ta'minot zanjiri va ishchi kuchining mustahkamligi haqida. Natijada, ishlab chiqaruvchilar qolib ketishni bartaraf etish va kelajakdagi talab o'zgarishlariga javob berish uchun mahsuldorlik va moslashuvchanlikni oshirishlari kerak.
Lazerli ishlov berishning samaradorlikni oshirish va xarajatlarni past darajada ushlab turish qobiliyati aerokosmik sanoatda ushbu javobni ta'minlashda asosiy rol o'ynashi mumkin. Lazerli ishlov berish - kesish, payvandlash, o'q bilan ishlov berish va burg'ulash operatsiyalari shaklida - aerokosmik ishlab chiqarishning ajralmas qismiga aylandi.
Misol uchun, lazerlar samolyot qanotlari qanotlari, qanotlari mahkamlagichlari, reaktiv dvigatel komponentlari va o'rindiq qismlarini ishlab chiqarish, shuningdek, turbinalarni ta'mirlash, qismlardan bo'yoqlarni tozalash yoki olib tashlash va tarkibiy qismlarni keyingi ishlov berish uchun tayyorlash uchun ishlatiladi. So'nggi yillarda lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish (AM) aerokosmik parvozlar sohasida ham tobora ommalashib bormoqda. Bundan tashqari, bozor aerokosmik komponentlarning kuzatilishini yaxshilashni xohlaydi va bu bilan lazer belgilariga talab ortib bormoqda.
Lazerli kesish va payvandlash
Lazerni kesish tez, tejamkor va aniq jarayon bo'lib, u aerokosmik sektorning talabchan ishlab chiqarish talablarini qondirish uchun ishlatilishi mumkin.
An'anaviy ishlov berish bilan solishtirganda, lazerni kesish yuqori aniqlik, kamroq material chiqindilari, tezroq ishlov berish tezligi, arzonroq xarajatlar va uskunaga kamroq texnik xizmat ko'rsatishni taklif qiladi. Bundan tashqari, unumdorlikni maksimal darajada oshirish mumkin, chunki bu jarayonga kerakli o'zgarishlarni tez va osonlik bilan amalga oshirish imkonini beradi.
Lazer qanotli mahkamlagich qismlari, armatura qismlari, so'nggi effektli qismlar, asbob-uskunalar qismlari va boshqalarni ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. U mayda qismlarga, masalan, greft moyli qistirmalari va titanium uchuvchi trubka kollektorlari, shuningdek, kattaroq qismlarga teng darajada mos keladi. egzoz konuslari sifatida. 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, aerokosmik sohada an'anaviy birlashma usullariga, masalan, yopishtiruvchi bog'lash va mexanik mahkamlash kabi muqobil sifatida ishlatiladi. Misol uchun, samolyot ishlab chiqarishda engil alyuminiy qotishmalari va uglerod tolasi bilan mustahkamlangan polimerlarni (CFRP) lazerli payvandlashdan foydalanish tobora ko'proq qadrlanmoqda va perchinli bo'g'inlarni almashtirish uchun iloji boricha foydalanilmoqda. Lazerli burilishli payvandlash kabi texnologiyalar yonilg'i baklarini ulashda ham muvaffaqiyatli bo'ldi, ulanishning samaradorligi va mustahkamligini oshirdi, qayta ishlashni qisqartirdi va sezilarli darajada tejamkorlikni ta'minladi. Aerokosmik sohada payvandlashning boshqa yutuqlari turbina pichoqlarining quyma yadrolarini qopqoqlarga ulashni o'z ichiga oladi; va laminar oqim nazoratini oshiradigan, tortishni minimallashtiradigan va yoqilg'i samaradorligini optimallashtiradigan yangi turdagi engil qanot qanotlarini yaratish.
An'anaviy usullar bilan solishtirganda xarajatlarni tejash, tarkibiy qismlarning og'irligini kamaytirish va payvandlash sifatini yaxshilash potentsialiga ega bo'lgan holda, bozordagi bir qancha ishlab chiqaruvchilar hozir ham samolyot korpusi qismlari uchun lazerli payvandlashni ko'rib chiqmoqdalar.
Lazer bilan tozalash
Aerokosmik sohadagi ishlab chiqaruvchilar ishlov berishga tayyorgarlik ko'rishda metall va kompozit yuzalardan qatlamlarni olib tashlash, qoplamalarni yoki korroziyani olib tashlash va bo'yashdan oldin katta qismlardan yoki butun samolyotdan bo'yoqlarni olib tashlash uchun lazerli tozalashdan foydalanadilar.
Tozalash jarayonida lazer nuri metallning sirt qatlami tomonidan so'riladi va bug'lanadi, buning natijasida sirt materiali ichki qatlamga juda oz ta'sir qiladi yoki hech qanday ta'sir qilmaydi va komponentga garov termal zarar etkazmaydi. Kilovatt sinfidagi impulsli tolali lazerlar, ayniqsa, tez lazer bilan tozalash uchun juda mos keladi - ular keng turdagi materiallarni, jumladan, keramika, kompozitlar, metallar va plastmassalarni yuqori samaradorlik va aniqlik bilan tozalashi mumkin.
So'nggi yillarda samolyotlarda kompozitlardan foydalanish ko'paydi va shuning uchun metallarni kompozitlarga birlashtirish zarurati paydo bo'ldi. Aerokosmik ishlab chiqarishda bu ikki xil materialni birlashtirish uchun yopishtiruvchi vositalardan foydalanish mumkin va kuchli bog'lanishni yaratish uchun yopishtiruvchi qo'llanilishidan oldin ikkita sirt ehtiyotkorlik bilan ishlov berish uchun tayyorlanishi kerak.
Lazerni tozalash ideal variantdir, chunki u juda qattiq nazorat qilinadigan, takrorlanadigan sirt effektini yaratadi, bu izchil, bashorat qilinadigan aloqaga erishishga qodir. An'anaga ko'ra, bu halokatli portlatish usullari yoki bir nechta kimyoviy moddalarni qo'llash orqali amalga oshiriladi. Biroq, lazer bilan tozalash endi bir bosqichli yondashuvni taklif etadi, bu nafaqat tejamkorroq va samaraliroq, balki zaharli kimyoviy moddalar yoki portlatish materiallari talab qilinmaydigan atrof-muhitga nisbatan ancha past ta'sirga ega. Lazer bilan tozalash ham an'anaviy usullarga qaraganda qismlarga nisbatan yumshoqroq.
Metall va kompozit samolyot qismlarini lazer bilan tozalash ham bo'yoqlarni tozalashda kimyoviy tozalash yoki portlatish usullaridan ko'ra foydaliroqdir. Samolyot amal qilish muddati davomida 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 yordamida tozalash bu vaqtni samolyotning oʻlchamiga qarab 3-4 kungacha qisqartirishi mumkin va bu ishchilarga qismlarga kirishni osonlashtiradi. Bundan tashqari, kimyoviy tozalash yoki portlatish o'rniga bo'yoqlarni olib tashlash uchun foydalanilganda, lazer bilan tozalash sezilarli xarajatlarni tejashga olib keladi - har bir samolyot uchun minglab funt - chunki xavfli chiqindilar taxminan 90 foizga yoki undan ko'proqqa kamayadi va materiallarga ishlov berish talablari kamayadi.
Lazerli portlatish/lazer ta'sirida tozalash
Metall komponentlar ichidagi stresslar reaktiv dvigatellardagi fan pichoqlari kabi samolyot komponentlarida metall charchoqning buzilishiga olib kelishi mumkin, bu esa shikastlanish yoki shikastlanishga olib kelishi mumkin. Buni lazer peening deb nomlanuvchi texnika yordamida yumshatish mumkin.
Bu jarayonda lazer impulslari yuqori stress kontsentratsiyasi bo'lgan hududga yo'naltiriladi va har bir zarba komponent yuzasi va tepaga püskürtülmüş suv qatlami o'rtasida kichik plazma portlashini yoqadi. Suv qatlami portlashni cheklaydi, bu esa 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. Lazerli peeing an'anaviy jarayonlarga nisbatan metall qismlarning xizmat qilish muddatini 10-15 martaga uzaytirishi mumkin.
Aerokosmik sanoatda 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 stresslari natijasida yuzaga keladigan yoriqlar paydo bo'lishi va kengayishiga to'sqinlik qilib, charchoq muddatini uzaytiradi. Optik tolali nurlarni etkazib berishning moslashuvchanligi va moslashtirilgan asboblar tizimga samolyotning erishish qiyin bo'lgan joylarini lazer bilan ta'minlash imkonini beradi. Hamkorlarning fikriga ko'ra, tizim lazerli peening texnologiyasida yutuq bo'lib, undan foydalanishni, jumladan, reaktiv dvigatel pichoqlarining ishlash muddatini uzaytiradi.
Yaqinda AQSh harbiy-dengiz floti tayyorgarligi markazi Sharqiy (FRCE) ham F-35B Lightning II samolyotida muvaffaqiyatli qo‘llanilgan lazer zarbasini kuchaytirish jarayonini tekshirishni yakunladi. FRCE bu jarayondan F-35B Lightning II ramkasini uning yoqilg‘i yoki qurol tashish qobiliyatini cheklaydigan qo‘shimcha material yoki og‘irlik qo‘shmasdan mustahkamlash uchun ishlatgan. Bu AQSh dengiz piyodalari korpusi tomonidan qo'llaniladigan qisqa uchish va qo'nish versiyasi bo'lgan beshinchi avlod qiruvchi samolyotining umr ko'rish muddatini uzaytirishga yordam beradi.
Lazerli burg'ulash
Zamonaviy aeromotorlar 500 ga yaqin teshikka ega, bu 1980-yillarda ishlab chiqarilgan dvigatellar sonidan 100 baravar ko'p. Shu bilan birga, samolyot ishlab chiqaruvchilari perchinli va vintli ulanishlar uchun ko'p sonli burg'ulash teshiklariga ega bo'lgan boshqa komponentlarni tobora ko'proq ishlab chiqarmoqda. Shuning uchun lazerli burg'ulash aerokosmik sektorda katta bozor salohiyatiga ega, chunki u aniq, takrorlanadigan, tez va tejamkor jarayonni taklif qiladi.
Masalan, qanot yoki quyruq stabilizatorlariga o'rnatiladigan yirik 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 teshiklardan tortib oladi va shu bilan ishqalanish qarshiligini kamaytiradi va yoqilg'i sarfini kamaytiradi.
Tasvir lazerlari CFRP samolyot qismlarini burg'ulash uchun tobora ko'proq foydalanilmoqda
(Rasm krediti: Laser Center Gannover)
Lazerli burg'ulash kontaktsiz bo'lgani uchun, ishlov beriladigan materialni xuddi an'anaviy asboblar bilan ishlov berilgandek ushlab turish kerak emas. Kontaktsizlikning yana bir afzalligi shundaki, asbobning aşınması sodir bo'lmaydi, bu CFRP komponentlarini burg'ulashda alohida afzallik hisoblanadi. Qattiqligi tufayli CFRP komponentlari an'anaviy asboblarda juda yuqori aşınmaya olib kelishi mumkin. Lazerli burg'ulash juda yuqori tezlikda ham amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun issiqlikning haddan tashqari shikastlanishi ishlov beriladigan materialga zarar etkazmaydi.
Qo'shimchalar ishlab chiqarish
Aerokosmik sanoatda lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish (AM) ham tez sur'atlarga ega bo'lmoqda. Ushbu texnikada lazer shakllar yaratish uchun doimiy kukun qatlamlarini eritadi. Kaliforniyada joylashgan raketa kompaniyasi yaqinda ikkita 12-lazer nurli 3D-printerga buyurtma berib, kosmik missiyalarini yanada tejamkor va samaraliroq qilish uchun engilroq, tezroq va kuchliroq kosmik komponentlar yaratdi.
Ko'pgina loyihalar hali sinov bosqichida bo'lsa-da, lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish Marsga ikkita missiyada muvaffaqiyatli qo'llanildi. 2012-yil avgust oyida qo‘ngan NASAning Curiosity roveri Marsga 3D bosma qismlarni olib o‘tish bo‘yicha birinchi missiya edi. Bu Marsdagi namunalarni tahlil qilish (SAM) asbobidagi keramik komponent bo'lib, qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasining ishonchliligini tekshirish uchun davom etayotgan sinov dasturining bir qismidir.
Ayni paytda, NASAning 2021-yil fevral oyida Marsga qo‘nadigan Trailblazer roverida 11 ta lazer qo‘shimchasi bilan ishlab chiqarilgan metall qismlar mavjud. Qismlarning beshtasi Marsdagi mikrobial fotoalbomlar hayoti belgilarini izlayotgan X-ray Litokimyosi (PIXL) uchun Trail sayyoraviy asbobida joylashgan. Ushbu qismlar shunchalik engil bo'lishi kerakki, ularni an'anaviy zarb qilish, qoliplash va kesish usullari bilan ishlab chiqarish mumkin emas.
NASA shuningdek, lazer qo'shimchalari yordamida raketa komponentlarini ishlab chiqarish bo'yicha tajriba o'tkazmoqda. Bir tadqiqotda raketa dvigatelining yonish kamerasi mis qotishmasidan qilingan. Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishning doimiy rivojlanishi an'anaviy ishlov berish, birlashtirish va yig'ish uchun zarur bo'lgan taxminan yarmi va oltidan bir vaqtning o'zida ishlab chiqarilishi mumkin bo'lgan komponentga olib keldi. Amaldagi mis qotishmalari infraqizil lazerlarni yuqori darajada 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.
Lazerli grossing
Lazer grossing ham aerokosmik sanoatida juda yangi dastur hisoblanadi. Ushbu jarayonda ultratezkor lazerlar samolyot yuzasida mikro-nanostrukturalarni yaratish uchun to'g'ridan-to'g'ri lazer interferometrik naqsh (DLIP) deb nomlanuvchi usul orqali qo'llaniladi, bu tabiiy "lotus effekti" yaratish uchun ishlatiladi va sirt ifloslanishi va muzning oldini olishga yordam beradigan nanostrukturalarni yaratadi. samolyotda to'planish.
Innovatsion optika kuchli ultratezkor lazer zarbasini bir nechta qisman nurlarga ajratadi, keyin ular qayta ishlanayotgan sirtda birlashtiriladi. Mikroskop ostida ko'rilganda, hosil bo'lgan mikro tuzilma "ustunlar" yoki to'lqinlarning mikroskopik "zaliga" o'xshaydi. "Ustunlar" orasidagi masofa taxminan 150 nm va 30 mikron oralig'ida bo'ladi - bu struktura suv tomchilari endi sirtni ho'llamaydi va unga yopishadi, chunki ular sirtni etarlicha ushlab turmaydi.
Samolyot uchun ushbu materialning afzalliklari suv, muz va hasharotlarni itarish qobiliyatini oshiradi. Ular samolyot yuzasiga yopishib olishi va samolyotning shamolga chidamliligini oshirishi mumkin, bu esa yoqilg'i sarfini oshiradi. Ushbu lazer teksturasini qo'llash hozirda muzlashdan saqlanish uchun samolyot yuzasiga qo'llaniladigan zaharli kimyoviy muolajalarga bo'lgan ehtiyojni kamaytiradi. Ma'lumki, u vaqt o'tishi bilan yomonlashadi va shikastlanishga moyil. Bundan tashqari, DLIP usuli bilan ishlab chiqarilgan lazer konstruktsiyalari bir necha yil davom etishi mumkin va ekologik muammolarni keltirib chiqarmaydi.
