Táxis aéreos: soluções materiais inovadoras podem permitir uma decolagem rápida?
Os avanços tecnológicos podem abordar três fatores-chave de sucesso que enfrentam a comercialização de eVTOLs (decolagem e pouso vertical elétricos, frequentemente chamados de "táxis aéreos"). Entre o futuro e o presente há um mundo em transição.
Nos últimos anos, a indústria de transporte tem visto um interesse e investimento crescentes no desenvolvimento de táxis aéreos inter e intraurbanos, ou veículos eVTOL. Hoje, há mais de 250 projetos desse tipo no mundo todo, incluindo startups e empresas estabelecidas. O desafio subjacente associado à maioria dos projetos é encontrar os materiais ou a combinação certa para comercializar eVTOLs com sucesso.

Desafio 1: Desempenho vs. Peso
Negociar desempenho em relação ao peso geral é um grande desafio para veículos eVTOL. Por exemplo, eles atualmente dependem da tecnologia de bateria para energia, mas esse motor pode pesar até 500 kg por aeronave. A propulsão totalmente elétrica apresenta desafios únicos em termos de potência e alcance. Quanto mais pesado o veículo, mais energia ele consome, então a redução de peso é crítica, ao mesmo tempo em que garante um desempenho estável da bateria.

Maximizar a relação potência-peso é uma preocupação comum para a indústria aeroespacial. A redução de peso tem sido um tema perene na indústria da aviação desde que voamos pela primeira vez no início do século XX. E a Victrex tem abordado problemas de redução de peso com soluções aeroespaciais baseadas em PEEK e PAEK por mais de 25 anos. As soluções de polímero VICTREX™ PEEK e PAEK são usadas principalmente em soluções de substituição de metal para aplicações aeroespaciais, sendo 40% mais leves e cinco vezes mais fortes do que o metal. É em parte essa combinação de alta resistência e baixo peso que levou mais de 20.000 aviões comerciais em serviço usando alguma forma de polímeros de alto desempenho. E por um bom motivo! Ela produz peças com excelentes propriedades mecânicas, desempenho em altas temperaturas, resistência à corrosão, isolamento térmico e acústico. Além disso, elas ajudam a reduzir o peso em comparação ao metal.

Desafio 2: Reduzir o ruído do motor
Se os táxis aéreos devem se tornar um meio de transporte popular, o conforto da cabine é uma "obrigação". Portanto, o ruído do motor também é um fator importante. Os passageiros querem uma viagem mais silenciosa. Para lidar com isso, precisamos aprender com outras indústrias. A indústria automotiva é um bom exemplo. A necessidade de reduzir ou dimensionar corretamente os motores os tornou "mais barulhentos" e a indústria está trabalhando duro para lidar com esses problemas de NVH (ruído, vibração, aspereza).

A Victrex demonstrou que as engrenagens de polímero PEEK podem reduzir o ruído em aplicações de motor em 50% (3dB). O peso e o momento de inércia também são significativamente reduzidos ao usar engrenagens VICTREX HPG™ em comparação com engrenagens de ferro fundido, em 68% e 78%, respectivamente. Outros benefícios potenciais incluem resistência específica consideravelmente maior (resistência por unidade de peso) e resistência à corrosão em comparação ao uso de metal.

No entanto, substituir engrenagens de metal por engrenagens PEEK também requer experiência em design de engrenagens. Vários fabricantes globais, incluindo um grande fabricante automotivo, consideraram nossos produtos para uso em sistemas inteiros, não apenas engrenagens. Agora que as primeiras engrenagens Victrex HPG estão na estrada, talvez no devido tempo elas também "ocupem" espaço acima de ruas congestionadas.

Falando em viagens confortáveis, talvez valha a pena mencionar que os aviões comerciais que voam hoje usam isolamento de manta termoacústica (TAB) e barreiras anti-queimadura feitas de filme PEEK APTIV™ para isolar os compartimentos de passageiros e melhorar a experiência dos passageiros.

Desafio 3: Otimização de custos e velocidade de produção
Estamos considerando soluções de compósitos leves para elementos estruturais de veículos eVTOL. Há duas opções de matriz de polímero – termofixos e termoplásticos.

Os termofixos exigem tempos de produção relativamente longos, precisam ser armazenados em ambientes com temperatura controlada e baixa temperatura e têm uma vida útil limitada.

Em contraste, produtos compostos termoplásticos baseados em polímeros PEEK e PAEK de alto desempenho têm pesos semelhantes aos termofixos, mas oferecem outras vantagens, incluindo:

Produção mais rápida

Menos infraestrutura necessária para a fabricação

Reciclável

Não são utilizados solventes e

Maior vida útil

Esses benefícios potenciais estão começando a ressoar por toda a cadeia de suprimentos. Recentemente, a desenvolvedora de táxi aéreo Jaunt Air Mobility anunciou uma parceria com o Triumph Group para desenvolver peças baseadas em compósitos termoplásticos para seu programa eVTOL.

A combinação perfeita de desempenho e eficiência
Os compósitos termoplásticos combinam excelentes propriedades de material com eficiência de fabricação, o que é melhor demonstrado no VICTREX AE™ 250, que pode ajudar a indústria de eVTOL a equilibrar os requisitos de custo e volume. O VICTREX AE 250 é um compósito termoplástico em fita unidirecional (UDT). Ele é único entre os compósitos termoplásticos devido à sua menor temperatura de fusão. Seu ponto de fusão é 303 °C, enquanto o ponto de fusão do PEEK é 343 °C; no entanto, sua temperatura de transição vítrea é 147 °C em vez de 143 °C; e a cristalinidade é tipicamente 25-30%, semelhante ao PEEK.

Um método de processamento bem conhecido para fitas UD é o processo de colocação de fibras automatizado, que é usado para criar peças compostas multiplicando e empilhando camadas de fita UD em um processo automatizado, o que evita operações manuais exigentes e demoradas. Recentemente, a Victrex publicou os resultados de um estudo conjunto com a Coriolis que demonstrou como velocidades de laminação de 60 m/min podem ser alcançadas – duas a seis vezes mais rápido do que a tecnologia termoplástica convencional – e estão se aproximando das velocidades termofixas.