PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : فیبرکربن و استفاده آن در صنعت خودرو


MAHDI-TONDAR
05-27-2012, 09:58 AM
دنیای‌خودرو- امروزه استفاده از مواد جدید در صنعت خودروسازی امری کاملاً عادی و معمول شده است. در گذشته شاسی تمامی خودرو ها از فلزات سنگین و سخت ساخته می‌شد. شاید دلیل این مساله مقاومت بالای این فلزات در مقابل ضربه و خوردگی بود. اما با گذشت زمان فلزات سنگین و سخت جای خود را به مواد پلاستیکی و کامپوزیتی داده اند که نه تنها مقاومت آنها از این‌گونه فلزات بیشتر است، بلکه وزن بسیار کمتری داشته و می‌توانند در مصرف سوخت و عمر خودرو تاثیر بسیاری بگذارند.
کاهش وزن امروزه در تمامی خودروها بسیار مهم و تاثیر گذار است، به گونه‌ای که تمامی پارامترهای یک خودرو را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. به طور مثال شما توان بدنی خود را در نظر بگیرید، هرچه بار کمتری به همراه داشته باشید می‌توانید سریع‌تر و چابک‌تر بدوید. در این شرایط حتی در وزن کفش‌های شما نیز مورد توجه قرار می‌گیرد به گونه‌ای که کفش‌های بسیاری از دوندگان حرفه‌ای سرعت بسیار سبک و مقاوم است. همین موضوع برای خودروها نیز کاملاً وجود داشته و تمامی خودروها از این قانون پیروی می‌کنند. نسبت قدرت به وزن برای خودرو نسبتی بسیار حیاتی و مهم است. اما شاید این سوال پیش بیاید که این نسبت چیست و چه نقشی در خودرو دارد؟
در جواب این سوال باید گفت حاصل تقسیم قدرت خودرو به وزن آن نسبت قدرت به وزن گفته می‌شود. این نسبت تعیین‌کننده پارامترهای زیادی بوده و در مقابل تحت تاثیر عوامل زیادی است.
قدرت در این نسبت همان قدرت مفید موتور بوده که تحت تاثیر عوامل زیادی است که قصد وارد شدن به آن را نداریم. اما وزن در خودرو در بسیاری از نقاط قابل کنترل و کاهش است. کاهش وزن نیاز به علم مهندسی مواد داشته که مواد مقاوم‌تر با وزن کمتر را جایگزین مواد قبلی کنند. برای این منظور راهکارهای متعددی وجود دارد. به طور مثال شاسی‌های خودرو‌های جدید که از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می‌شوند، دیسک‌های ترمز سرامیکی که قیمت بالایی دارند جایگزین دیسک‌های چدنی شده‌اند و در نهایت فیبرکربن که موضوع این هفته ماست جایگزین فولاد و آلومینیوم شده است.
اگر سری به سایت لامبورگینی بزنید در تبلیغ و مانور بر روی مدل گالاردو LP-570 SV به آیینه‌ها و دیفیوزر و بخش‌های فیبرکربن خودرو اشاره کرده و مانور زیادی روی آنها می‌دهد. شاید این چند قطعه سبب شده که این مدل جدید گالاردو چابک‌تر و زیباتر به چشم بیاید. کمی جلوتر برویم، لامبورگینی آونتادور مدلی از این شرکت است که شاسی آن در بخش اتاق کاملاً از فیبر‌کربن بوده و در قسمت موتور فلزی است. جالب اینجا بوده که فریم یا قاب نگهدارنده موتور به راحتی به بخش تمام کربنی اتاق پیچ شده است. در تصویر، شاسی آونتادور را مشاهده می‌کنید که با بالاترین مهندسی و علم مواد به صورت دو تکه از فیبر کربن و فلز در بخش موتور استفاده کرده است.
در این تصویر دوم به محل پیچ‌های فریم یا نگهدارنده موتور در بخش کربنی اتاق دقت کنید. قسمت نگه دارنده موتور یا شاسی در جایی که موتور بسته می‌شود تحت تنش بسیار زیادی قرار گرفته و نیروی زیادی را تحمل می‌کند. این نشان‌دهنده ظرفیت بالای فیبر کربن در تحمل نیرو و تنش است.
فیبر کربن چیست؟ و چرا امروزه فیبر کربن اینقدر مورد استفاده قرار گرفته و چرا تا این حد گران است؟
فیبرکربن کامپوزیتی است که از الیاف بسیار نازک و از اتم‌های کربن تشکیل یافته است که دارای وزن سبک و مقاومت بالایی هستند. به همین دلیل فیبر‌کربن در حال حاضر بهترین گزینه برای استفاده در بدنه خودروها و هواپیماها است. ساختار فیبر کربن به گونه‌ای بوده که چگالی کمتر از فولاد داشته و دارای وزن کم ولی مقاومت بسیار بالاست. اما چون مراحل تولید آن خیلی سخت و پیچیده است باعث شده تا فقط در خودروهای گران قیمت همچون لامبورگینی‌، پاگانی زوندا و بوگاتی ویرون و سایر سوپر‌اسپرت‌ها استفاده شود البته یکی دیگر از دلایل گران بودن فیبر کربن می‌توان به غیر‌قابل بازیابی بودن این کامپوزیت اشاره کرد که به خودی خود باعث ارزشمند شدن این کامپوزیت سبک وزن می‌شود.
از محاسن بزرگ این کامپوزیت می‌توان به عدم زنگ‌زدن، قابلیت انعطاف بالا و ترمیم مجدد با هزینه کم اشاره کرد. شاید دلایلی گفته شده شما را تا حدودی قانع کرده باشد که چرا این ماده امروزه این قدر پر‌کاربرد است. در ضمن باید بگویم فیبر کربن 3 برابر محکم‌تر و چهار برابر سبک‌تر از فولاد است! از فیبر کربن برای تقویت مواد پلاستیکی و فلزی استفاده می‌شود. این مواد تقویت شده به دلیل سبکی‌، استحکام‌، مقاومت در برابر تنش و مقاومت خود در قبال خوردگی بسیار قابل توجه است که یک نوع استفاده از آن در خودرو و نیز در تیونینگ خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

MAHDI-TONDAR
05-27-2012, 09:59 AM
دنیای‌خودرو- هنری فورد در سال 1923 گفته بود: من نمی‌توانم چنين خيال واهی را تصور كنم كه استحكام متناسب با وزن است. كاهش وزن خودرو حتی به ميزان جزيی می‌تواند منجر به افزايش سرعت و كاهش مصرف سوخت شود. با كاهش وزن، مواد كمتری نيز استفاده می‌شود كه به نوبه خود، افت قيمت را به همراه دارد.
وقتی هنری فورد فقید این جمله را می‌گفت قطعاً تصوری از فیبرکربن نداشت اما لزوم کاهش وزن خودروها از همان زمان در اندیشه پیشروهای صنعت خودروسازی مطرح بود. در این مدت مواد زیادی به این منظور به کار گرفته شد تا اینکه نوبت به فیبرکربن رسید. در شماره گذشته مروری بر کاربردهای فیبرکربن در صنعت خودروسازی داشتیم. در این شماره ادامه مطلب را می‌خوانید.
***
عموم تیم‌های فرمول‌یک از اشباع کردن صمغ‌های اپوکسی و لایه‌های طبقه‌بندی شده شانه عسلی آلومینیوم که به صورت ساندویچی میان دو لایه از فیبرکربن قرار می‌گیرد استفاده می‌کنند. این شاسی معمولاً نخستین مرحله از تولید یک خودرو فرمول‌یک است و مراحل دیگری آن را تکمیل می‌کنند. شاسی اصلی همیشه متشکل از هشت پنل یا لایه است. بنابراین نخستین مرحله تولید شامل ساخت یک نقشه جامد برای آشنایی با ساخت قطعات دیگر است و مدل اصلی، تولید شده از10 لایه دربرگیرنده فیبرکربن با صمغ‌اشباع شده که در بالای هر الگو، قالب اصلی را تولید می‌نمایند. همچنین تولید کالبد اصلی هم شامل مراحلی همچون: درزگیر و پرنمودن کردن فضاهای خالی و انباشتن توده‌های گرم بر روی یکدیگر می‌گردد تا در نهایت کالبد اصلی آماده استفاده شود.
فاز بعدی ساخت قطعات واقعی خودرو است که از تکه قطعات آلومینیوم و فیبر‌کربن اشباع شده تشکیل شده و با دقت کم نظیری در داخل قالب‌ها ریخته می‌شوند.
بدینوسیله است که ورقه‌های حیاتی فیبرکربن در یک جهت برای تولید جسمی با استحکام مثال‌زدنی قرار می‌گیرند و برای مثال مجموع پنج لایه از فیبرکربن پوسته بیرونی شاسی را تشکیل می‌دهند. مرحله بعدی تقویت و بهینه‌سازی فیبرکربن در یک زودپزبخار است که این عمل فیبرکربن را در مقابل گرما قرار داده و آن را با مواد دیگر که مورد نیاز است ترکیب می‌کند. در طول این عمل صمغ با فیبرکربن ترکیب داده شده و یکبار دیگر پوسته بیرونی تقویت و سپس سرد می‌شود و بعد لایه‌های آلومینیومی شانه عسلی با صمغ به پوسته بیرونی چسبانده شده تا بتوانند با قراردادن مواد در کنار یکدیگر از آنها محافظت کنند‌. پس از آن قاب شاسی به زود پز بخار برای استحکام بیشتر برگردانده می‌شوند. پس از خارج کردن از زود پز و سرد کردن مجدد، یک لایه متشکل از ورقه های اشباع شده فیبرکربن بر روی لایه اصلی و زنده بدنه قرار می‌گیرند و برای آخرین بار در زودپر قرار می‌گیرند و بعد از آن آماده تولید محصول می‌گردند. بخشی از دلیل گرانی این ماده مراحل فراوان گرم و سرد شدن آن بوده که نیاز به کوره با حرارت بالا است.
باید این نکته را ذکر کنم که هر ورقه فیبرکربن از 48 لایه تشکیل شده که به یکدیگر دوخته می‌شوند. هر کدام از این تکه‌ها سپس بریده و به شکل دلخواه درآمده و در دو بخش T شکل جاسازی می‌شوند و توسط تارهایی به هسته اصلی‌الحاق می‌شوند. مرحله بعدی هم بافتن این لایه توسط ماشین مخصوص بافندگی است. این تکنولوژی تولیدکننده را قادر می‌سازد که به اندازه نیار ضخامت و یا نازکی هر لایه را تعیین کند. در برخی دیگر از مراحل تولید نیز یک کامپیوتر مراحل پرزدارکردن را کنترل می‌کند. به طور مثال در قسمت‌هایی که موتور به آن متصل است یقیناً ضخامت بیشتری مورد نیاز بوده که در این مرحله تعیین ضخامت می‌شود.
استفاده از فیبر کربن در صنعت خودرو به مسابقات فرمول‌یک باز‌می‌گردد که برای اولین بار شرکت مرسدس‌بنز در خودروی خود استفاده کرد. از آنجا که خودروهای فرمول‌یک و تکنولوژی‌های مورد استفاده در آنها آینده محصولات اسپرت و سوپراسپرت یک شرکت را نشان می‌دهد استفاده از فیبرکربن در خودروهای سوپراسپرت مرسدس رواج پیدا کرد و اولین مدل سوپراسپرت این شرکت که با همکاری کمپانی مک‌لارن به تولید رسید از این ماده استفاده کرد.
SLR مک‌لارن توانست با استفاده از این ماده و تکنولوژی استفاده از کامپوزیت‌ها سوپراسپرتی خوب به چشم بیاید. در ساختمان جلویی SLR از دو مخروط کامپوزیتی استفاده شده است که هر کدام حدود 620 میلی‌متر طول و 3.4 کیلوگرم وزن دارند و همین پارامترها برای دفع نیروی حاصل از تصادفات در جلو کافی است و این شاسی قابلیتی دارد تا نیروی وارده از عقب و جلو را در نقاط مختلف تقسیم کند. اما مرسدس‌بنز نمونه‌ای جدید با نام SLR کابریولت روداستر را عرضه کرد که همانند همان تکنولوژی‌های نمونه کوپه در آن وجود دارد.
این روداستر خوش‌تراش و زیبا در عقب و جلو دارای یک پوسته حلزون شکل از جنس فیبرکربن است و سایر نقاطی همچون درپوش، ستون A داخلی با لایه‌های فولاد تقویت شده، فریم پهن بدنه، بال عقب و بخش عظیمی از دور درها نیز از فیبرکربن تهیه شده‌اند که چنین شاسی را قادر می‌سازد 50‌درصد بیش ازخودروهای معمولی وزن را تحمل کند.
در سایر سوپر‌اسپرت‌ها نیز از این ماده استفاده زیادی شده است. در F430 اسکودریا این ماده در داخل و خارج خودرو استفاده شد. محصولات جدید لامبورگینی هم از این قائده مستثنی نیستند. در جدید‌ترین مدل این کمپانی پرطرفدار قسمت اعظمی از شاسی خودرو کاملاً از الیاف کربنی بوده که بسیار در شتابگیری و مصرف سوخت و در نهایت ایمنی سرنشینان تاثیر دارد. در مدل‌های اسپرت BMW نیز در ورودی‌های هوا و اسپویلر و سایر بخش‌ها از این ماده به دلیل استحکام بالا و زیبایی منحصر‌به‌فرد استفاده می‌شود. کمپانی‌های قطعه‌ساز نیز از این ماده در محصولات خود استفاده می‌کنند. صندلی‌های بسیار سبک وزن با ساختار فیبرکربن مجهز به کمربندهایی با شش نقطه اتصال ساخت از کمپانی معروف Sparco همراه با رول بارها (‌لوله‌های واژگونی و تصادف‌) علاوه بر زیبایی، ایمنی راننده را تضمین می‌کند .امروزه رینگ‌های خودروهای گران قیمت نیز از فیبر‌کربن ساخته شده که قیمت بسیار بالایی دارند.
متخصصین بخش ایمنی دایملر کرایسلر (اکنون دایملر از کرایسلر جدا شده است) در ابتدا به روی جنس بخش‌هایی از هواپیما نظیر ملخ، سکان هدایت و بالچه‌های تعادلی در هنگام فرود تحقیقاتی به عمل آوردند و به این نتیجه رسیدند که فیبرکربن 50درصد از فولاد و30درصد از آلومینیوم مقاوم‌تر است و با این اوصاف می‌توانستند خودرویی تولید کنند که در کنار مقاومت و ایمنی، بسیار سبک بوده و البته دارای هندلینگ مثال‌زدنی، دارا بودن پایداری استثنایی به روی زمین و مصرف سوخت کمتری باشد.
با استفاده از این تکنولوژی مهندسین مرسدس‌بنز و مک‌لارن توانستند میزان نیروی فشار آورنده به سقف SLR کابریو را تا میزان چشمگیری کاهش دهند و سقفی تولید کنند که دارای دو فاکتور سبکی و استحکام بود و این مزیت SLR کابریو را قادر می‌سازد که دارای یک سقف ایمن باشد که تنها توسط یک شاسی در کنسول وسط در عرض 10 ثانیه باز شود و با چنین قابلیت‌هایی راننده می‌تواند با سقف باز مرز سرعت 300 کیلومتر را پشت‌سر بگذارد.
شایان توجه است که سقف SLR کابریو در جلو نیز دارای یک قوس آلومینیومی است که هنگام باز بودن سقف آن را در شرایط ایمنی نگاه می‌دارد.

MAHDI-TONDAR
05-27-2012, 10:00 AM
دنیای‌خودرو: در اولین نمایش مدل مفهومی Sesto Elemento همه به این فکر فرو رفتند که چرا لامبورگینی خودرویی با پیشرانه مدل lp-570 ارائه کرد؟ اما بعد از توضیحات نماینده کمپانی در مورد این موشک زمین به زمین همه مات و مبهوت این خودروی گرانقیمت و مفهومی شدند. در این مقاله قصد داریم تا به این خودرو با دقت بیشتری نگاه کرده و آن را با دید فنی نگاهی ببینیم. Sesto Elemento در ابتدا با رنگ خاکستری‌اش جلب توجه زیادی نکرد اما وقتی همه متوجه شدند که این خودروی کوچک تماماً از فیبر‌کربن ساخته شده است، همه را متعجب کرد. تمام بدنه و شاسی این لامبورگینی از فیبرکربن بوده که برای اولین بار در تولیدات لامبورگینی دیده می‌شود. اما چرا این همه فیبرکربن استفاده شده است؟ آیا هدف فقط زیبایی بوده است؟ در جواب این سوال باید گفت دلیل استفاده فراوان از این ماده گرانقیمت در این خودرو بحث قدرت به وزن است.
برای روشن شدن این بحث می‌توانیم مثالی ساده از خودروهای وطنی بزنیم. آیا شتابگیری پراید هاچ‌بک انژکتوری با پراید صندوق‌دار انژکتوری در حالی که در شرایط یکسانی باشند، یکسان است؟ به راحتی می‌توان پاسخ داد که هاچ‌بک بهتر شتاب می‌گیرد و چابک‌تر است. دلیل این مساله هم کمتر بودن وزن خودرو بوده در حالی که هر دو از یک پیشرانه استفاده کرده و قدرتی مشابه دارند. در Sesto Elemento نیز موضوع درست به همین شکل است. تمامی بدنه از فیبرکربن ساخته شد تا وزن خودرو به شدت کاهش یافته و به زیر یک تن یعنی 999 کیلوگرم برسد. در این شرایط اگر نسبت قدرت به وزن را اندازه بگیریم برای هر اسب‌بخار 1.75 کیلوگرم به دست می‌آید. در حالی که این نسبت برای lp-570، 2.5 کیلوگرم است. حال می‌توانید به راحتی تصور کنید این لامبورگینی چه شتاب و سرعتی دارد. شتاب صفر تا 100 کیلومتر آن معادل 2.5 ثانیه بوده که از بسیاری از رقبای قوی‌ترش بالا‌تر بوده و سریع‌تر است. شتابی برابر با بوگاتی ویرون سوپراسپرت، ولی با قدرتی کمتر از نصف آن.
اما در ادامه به مدل دیگر لامبورگینی که به تولید رسید و چشمه‌هایی از Sesto Elemento را در آن می‌توان دید می‌پردازیم.
Lamboghini Gallardo LP570 spyder یکی از تازه‌ترین محصولات لامبورگینی است که قراراست از امسال یعنی اواخر 2011 به تولید انبوه برسد. این خودروی 1480 کیلوگرمی با طراحی خوبی که دارد توانست بازار خودروهای روباز را به دست بگیرد. استفاده مناسب از فیبر‌کربن در قسمت‌های مختلف توانسته در کاهش وزن خودرو و افزایش قدرت شتابگیری آن تاثیر بسزایی داشته باشد. در عین حال تولید آلاینده دی‌اکسیدکربن نیز در این خودرو در سطح بسیار پایینی قرار دارد. موتور این خودرو 10 سیلندر است که با حجم دقیق آن 5204 سی‌سی بوده که توان قابل توجه 570 ا‌سب‌بخار را تولید می‌کند. این توان برای حرکت پر شتاب خودرو و عقب نماندن در کورس رقابت با خودروهای رقیب کافی است.
فاکتور صفر تا 100 یا فاکتور فروش خودرو
پروژه LP-570 از زمانی که استارت زده شد یکی از پارامترهای مهم در تولید آن شتاب بالای اولیه یا همان صفر تا 60 مایل بود که در خودروهای روباز به دلیل جریان هوای مغشوش در پشت خودرو و درون آن کمی با مشکل روبه‌رو است. به همین دلیل در این خودروها برای اندازه‌گیری شتاب سقف خودرو را می‌بندند و و از سقف برزنتی آن در این‌گونه مواقع استفاده می‌کنند. اما در LP-570 این شتاب برابر با 3.4 ثانیه است که رقمی بسیار خوب به نظر می‌رسد. در مجموع در خودروهای روباز شتاب زیر چهار ثانیه بسیار خوب است. حال در این مدل لامبورگینی به دلیل کاهش وزن این مساله تا حد زیادی پیشرفت کرده است. حداکثر سرعت این لامبو نیز 324 کیلومتر اندازه‌گیری شده است که در مقابل رقبایش رقم مناسبی است. در محصول جدید لامبورگینی حتی به سبکی تایرها نیز توجه شده است. تایرهایی که برای این خودرو در نظر گرفته شده است محصول شرکت پیرلی هستند. پس از بررسی‌های فراوان تایرهای مختص خودروهای اسپرت Pirelli P Zero Corsa زیر این خودرو بسته شده تا آنها نیز در سبک‌تر کردن وزن نهایی خودرو سهم داشته باشند. باید پذیرفت در تمامی خودروهای ساخت لامبورگینی قدرت قابل توجه موتور و عملکرد دقیق، دو مشخصه بارز بوده که باید نقاط قوت LP 570- نیز به شمار می‌آیند، اما باید اذعان کرد که جادوی طراحی متخصصین لامبورگینی نیز یکی از مهم‌ترین نکات این خودرو بوده که آن را از بقیه متمایز می‌کند. بدنه خودرو ساختاری کشیده دارد و عاری از هرگونه زوائد و دکوربندی‌هاست. به عبارت دیگر خبری از خطوط اضافی در بدنه نیست. کاهش وزن خودرو به وسیله استفاده از فیبر‌کربن ابتکار عملی و کاری خلاقانه برای کاهش مصرف سوخت و در عین حال افزایش ساختار آیرودینامیکی خودرو است. لامبورگینی سعی کرد به جای بالا بردن قدرت موتور خودرو و افزایش مصرف سوخت و سایر مشکلات این مساله وزن خودرو را کاهش داده و قدرت موتور را اندکی بالا برد تا خودرو بهتر شتاب گرفته و در عین حال مصرف سوختش کاهش یابد.
سپر جدید در تونل باد
در سرعت‌های بالا کاستن از مقاومت شدید هوا تنها ابزار ممکن برای دستیابی به حداکثر سرعت و در عین حال کاستن از مصرف سوخت است. مهندسان لامبورگینی برای این منظور در مرکز Lamborghini>s Centro Stile دست به انجام یک سری آزمایشات پیشرفته زدند که در آن تونل باد نقش یک کانون مرکزی را داشت. آنها در این تونل سپر جلویی لامبورگینی جدید را که ساختاری سه بعدی و ذوزنقه‌ای دارد بارها مورد بررسی قرار دادند. وجود حفره‌های بزرگ در این سپر موجب می‌شود تا جریان هوا با کمترین مقاومت وارد بخش موتور شده و در عین حال به خنک‌سازی آن نیز کمک کند. سری به قسمت‌های داخلی خودرو می‌زنیم. در این بخش به طور وسیع نیز ردپای فیبرکربن دیده می‌شود. مهندسان لامبورگینی از پنل‌های در گرفته تا پوشش اطراف کنسول میان دو صندلی از فیبر کربن برای ساخت قسمت‌های مختلف استفاده کرده‌اند تا بدین ترتیب به بهترین شکل از وزن‌های اضافی خودرو کاسته شود. صندلی‌های خودرو نیز از این ابتکار عمل بی‌نصیب نبوده‌اند به طوری که با استفاده از این مواد نه تنها احتمال تعریق پشت بدن راننده و سرنشین بسیار کم می‌شود بلکه باز هم به کاستن از وزن نهایی خودرو کمک می‌شود. با بهره‌گیری از تازه‌ترین دستاوردهای علم مواد، به جای استفاده از چرم برای پوشش صندلی‌ها از ماده‌ای موسوم به Alcantara استفاده شده است که نه تنها وزن بسیار کمی دارد بلکه طول عمر مفید چشمگیری نیز داشته و در عین حال به زیبایی فضای داخلی خودرو کمک می‌کند. البته تلاش برای دستیابی به خودرویی با وزن بسیار کم به معنای آن نبوده است که توجهی به برخی نکات و امکانات مورد نیاز درون خودرو نشود. استفاده از عنصر گران قیمت تیتانیوم در ساخت پیچ‌ها و بخش‌هایی از سیستم نگه دارنده چر‌خ‌ها با این نگرش انجام شده است که خودرو نه تنها استحکام بیشتری پیدا کند بلکه با وزن کمتری در جاده به حرکت خود ادامه دهد. در نگاه کلی می‌توان Gallardo LP 570-4 Spyder را تلاشی برای رسیدن به سبکی و شتاب مضاعف دانست.