Végeselem modell, megfogási kényszer, körte rugóelem – csupa riasztó kifejezés egy bölcsész számára. A lényeg, hogy ez mind holdjárónk földi prototípusának kerekéről szól, aminek megjelenése kétségkívül nem túl szokványos. Meg is mutatjuk: 

A mérnökök készítettek egy összefoglalót az ún. bárdkerékkel kapcsolatban (ezek láthatók itt fent, mindjárt terepi környezetben Gánton, ha valakinek esetleg nem lenne első látásra egyértelmű). A reménysugár a tanulmány végefelé csillan meg: „Egy kis összefoglalás, csak a jobb megértés végett, dióhéjban. Akit untat, nyugodtan lapozhat.” Ez az, pont ez kell a bölcsésznek, ahol a mérnökök unatkoznak, hátha most sikerül felfogni. Kár, hogy ezt a pislákoló reményt egy jellemző mondat a kompozitokról azonnal porrá zúzza: „A mátrix anyag egy hosszú szénláncokból álló polimer, amelynek mechanikai viselkedése időfüggő, ez kúszást és feszültség-relaxációt okoz.”

A bölcsész itt már valóban intellektuális laposkúszásban van, ennek ellenére nem teljesen reménytelen a helyzet. A fenti bekezdés a "kompozit anyagok végeselemes modellalkotása" című, nem túl sok jót ígérő fejezetcím alól került a posztba. Korábban foglalkoztunk már a végeselem analízissel. Ennek lényege, hogy még a rover (vagy repülőgép, űrhajó, tank, BKV-busz, stb.) megépítése előtt számítógépen kipróbáljuk, milyen terhelést bír majd el a cucc, ha majd megépítik. A mérnökagy sajátossága, hogy megdöbbentően érthetően képes fogalmazni, ez történt akkor is, amikor a csapat legszexibb rakétamérnökét kérdeztem még egy korábbi poszt elkészítése kapcsán:

„Azt lehet a módszerrel elemezni, hogyan bírják az alkatrészek például a terheléseket. A program egy-egy alkatrészt sok kis (nagyon sok, de véges számú) – innen a véges-elem elnevezés – részre darabolja (rengeteg kék szögletes-szerű mozaikra). Ezek szabályos alakú darabkák, amik viselkedése könnyen megjósolható egy rakás matek képlet alapján.
A program egyenként kiértékeli a darabkák viselkedését ezekkel a képletekkel, amiből aztán megjósolható, hogyan reagál pl. a terhelésre az egész alkatrész. Ennek végeredménye a szép színes ábra, meg a torzulás szemléltetése az eredeti állapothoz képest.”

Ehhez azonban nagy kapacitású számítógépekre van szükség, mivel a program áldásos tevékenysége révén tízezer, de akár százezer csomópont is keletkezhet: a gépnek az egyenleteket ezek mindegyikére végig kell számolgatnia. (Ez egy több millió forint értékű programmal történik, amit aranyfokozatú szponzorunk, az S&T Consulting ajánlott fel részünkre.)
 „Megmondom neki, hogy x irányból érje egy y nagyságú erővektor. (...) Az elemek a csomópontoknál kapcsolódnak - a közös részeknél, itt számolandók az egyenletek, hogy megtudjuk, miként mozdul el adott erő esetén a csomópont.”

A tanulmány egyik magyar mondatát sajnos az utolsó oldalon találjuk meg. „A puding próbája az evés. A végeselemes modelleké pedig a valós darabbal történő összehasonlítás.” Ez azt jelenti, hogy a korábban csak virtuálisan létező modellt, megépítjük, majd a tengelyre helyezett különböző súlyokkal a földhöz is csapkodjuk. Jelentjük, hogy ez meg is történt. Itt a bizonyíték:

A poszt másik gyanús eredetű szava kétségkívül a kompozit – ami ráadásul összefügg a végeselem-analízissel, sőt, a pudingevéssel is. Ugyanis a kerekünk kompozitból készült, ami korábban ugyanúgy átesett a végeselem-analízisen, és szintén fényesen szerepelt a hús-vér teszteken. Szerencsére, olykor-olykor hímnemű mérnökeink is képesek közérthetően fogalmazni:

„A mi Pulink is azért kapott ilyen rugalmas anyagot, hogy egy esetleges hanyatt billenéskor ezzel csillapítsuk a tengelyeket terhelő erőt. Ugyanis a súlycsökkentés miatt (ugyebár 10 kg-ban maximáltuk az össztömeget) nem terveztünk lengéscsillapítást a roverbe, így az I2 roverben a vészhelyzeti lengéscsillapítást a lábak végzik, lábaknak meg mindenképpen kell lenniük, tehát plusz súllyal nem járnak.”

A szénszál kompozit alapanyaga a szénszálszövet és a műgyanta. A szénszálszövetet 5-10 mikrométer átmérőjű szénszálból szövik különböző mintákban. A ZOLTEK ZRT-től egy vastagabb szövésű, merőleges szálirányút, és egy vékonyabb szövésű párhuzamos szálirányút kaptunk, ahogy a csatolt képeken is látható.

A szénszálas kompozit előnye, hogy nagyon könnyű, és szálirányban meglehetősen nagy szakítószilárdsággal rendelkezik.
De itt nem áll ám meg a tudomány, mert a szénszálat tovább lehet – és a mi esetünkben kell is erősíteni – kevlárral (alias aramid). A kevlár egyik kevéssé jó, és a mi földi prototípusos Pulink szempontjából kifejezetten rossz tulajdonsága, hogy nagyon érzékeny az UV sugárzásra. Ezért a kevlárszövetet minden esetben a több szénszálrétegből összeállított körterugók középső rétegeibe kerül.

A gyártás első lépéseként készíteni kell egy szerszámot, ami a késztermék alakját kell, hogy felvegye. Erre jön a szénszál szövet, mely ezután megkapja a műgyanta réteget: ezt az eljárást nevezik laminálásnak. A lamináláshoz a gyantát és egyéb kötő anyagokat, jópár négyzetméter kevlárt – valamint egy bazi drága kevlár ollót (mert nem eshet ám neki az egyszeri mérnökember egy sima IKEA-s szabó ollóval, kb. azonnal ki is csorbulna) pedig a NOVIA Kft-től kaptuk.
Azonban itt még mindig lehet a műszaki élvezeteket fokozni, pláne ha űrképes szénszálszövetet állítana elő a jó munkásember! Először is buborék- és zárványmentesen kell gyártani, mivel a lamináláskor bekerülő oxigénbuborékok odafent a vákuum hatására szépen kipukkannának. Ilyenkor az ún. vákuum-injektálási eljárást alkalmazzák, ekkor zárt szerszámban készül a kompozit darab:  alul nyomják befelé a gyantát, felül pedig elszívják a levegőt, a gyantagőzöket.
Másik megoldás a szén-szén kompozit, amelyet speciális gyantákkal, argon védőgázos kemencékben állítanak elő. Ezek előnye, hogy a hőmérséklet növekedésével nő (!) a szilárdságuk, az 1000°C-ot még lazán bírják! Persze ott már bevonatolásra is szükség van, nem is a hő, hanem az oxigén ellen, mert 350-400°C környékétől az oxigén jelenlétében ugyanis elkezd szublimálni, elégni. De ez működőképes technológia, a Scaled Composites SpaceShip-je nagyrészt hőtükörrel bevont szénszál-epoxi kompozitból készült, plusz még egy rakás gyártási trükkel.
A Puli lába, keréktárcsája és burkolata is szénszál alapú anyagból készült. Szénszálas kompozitból készülnek még kerékpárvázak, hajók, síbotok is, sőt Oscar Pistorius és több paralimpikon versenyző művégtagja is!

Köszönjük a Zoltek Zrt.-nek és a NOVIA Kft.-nek, hogy az általuk gyártott vagy forgalmazott termékekkel támogatták a Puli holdjáró földi prototípusának megépítését!

Lájkoltad már a Puli Space-t a Facebookon? Folyamatosan olvashatsz friss hazai és nemzetközi híreket a Hold-kutatásról, űrgépek fejlesztéséről, támogatóinkról!
-------------
TÁMOGASS MINKET!
Lépj be a Kis Lépés Klubba vagy vállalkozásként irány a Puli Indítóállás! Holdjárónk, a Puli, már ezer forintos támogatás esetén is magával viszi neved a Holdra, hogy az örök időkre ott maradjon! De a következő meteorbecsapódásig mindenképp...

A bejegyzés trackback címe:

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.