炭素繊維の用途の拡大 - 航空宇宙ヘリコプターのブレードや火星への着陸。
NASA のインジェニュイティ マーズ ヘリコプターは火星のジェゼロ クレーターを探索しており、一方 NASA のエンジニアは地球上で次世代の火星ヘリコプター用のカーボンファイバー ブレードをテストしています。これらのヘリコプターは、特に 2030 年代に計画されている火星サンプル帰還ミッション向けに、インジェニュイティの性能を上回るように設計されています。
火星の表面の大気圧は地球の気圧の 1% 以下で、表面重力は約 3 分の 1 です。この非常に低い表面圧力のため、インジェニュイティが火星で飛行するには、ローター速度が 2400 ～ 2900 回転/分 (rpm) でなければなりません。これは、ヘリコプターが通常飛行するのに必要な回転数が 500 ～ 600 rpm である地球よりも大幅に高いです。
Ingenuity は、2 つの逆回転ローターに配置された 4 つのカーボンファイバーブレードを備えています。つまり、ローターは反対方向に回転し、スパンは 1.2 メートルで、前述のローター速度 24{8}}0 ～ 2900 rpm で動作します。さらに、インジェニュイティの重さは地球上では約 1.8 キログラムですが、火星の重力は地球の重力の 3 分の 1 しかないため、火星表面では重さはわずか 0.68 キログラムです。
次世代の火星ヘリコプターに向けて、パサデナにある NASA ジェット推進研究所 (JPL) のエンジニアは、インジェニュイティのものよりも 10 センチ長く、異なるデザインと高い強度を特徴とするブレードを設計しています。
航空宇宙用途における炭素繊維の利点
炭素繊維複合材料は、航空宇宙産業において、従来の金属材料にはないいくつかの性能上の利点を提供し、宇宙の過酷な条件下でも効果的に機能し、長期間の使用を可能にします。
高い強度重量比: カーボンファイバー複合材は、その卓越した強度対重量比で知られています。この特性により、航空宇宙エンジニアは強度を損なうことなく軽量構造を設計できるため、燃料効率と全体的なパフォーマンスが向上します。
剛性: カーボンファイバーは本質的に剛性を備えており、優れた構造的完全性を提供します。この剛性は、コンポーネントがその形状を維持し、空気力学的および機械的負荷の下での変形に耐える必要がある航空宇宙用途では非常に重要です。
耐疲労性: 炭素繊維複合材料は優れた耐疲労性を示し、翼や胴体の構造など、繰り返し荷重を受ける部品に適しています。この特性は、航空宇宙構造の寿命と耐久性を向上させるのに役立ちます。
耐食性：金属とは異なり、カーボンファイバーは腐食しないため、過酷な環境条件（高地やさまざまな温度など）に頻繁にさらされる航空宇宙用途には有利です。
設計の柔軟性: 炭素繊維複合材料は複雑な形状に成形できるため、設計の柔軟性が高まります。これは、航空力学的および構造上の考慮事項により、複雑で合理化された設計が必要になることが多い航空宇宙分野で特に有益です。
電気伝導率: カーボンファイバーは導電性を示し、これは特定の航空宇宙用途にとって有益であり、静電気と電磁干渉の散逸に役立ち、それによって航空機の設計に追加の機能を提供します。
熱安定性: カーボンファイバー複合材は優れた熱安定性を示し、大きな劣化なく高温に耐えることができます。コンポーネントは飛行中に極度の熱にさらされる可能性があるため、この特性は航空宇宙用途では非常に重要です。
メンテナンスコストの削減：炭素繊維複合材料の耐久性と耐食性は、航空宇宙部品のライフサイクル全体にわたるメンテナンスコストの削減に貢献し、メンテナンス間隔を延長し、信頼性を高めます。
