Vooruitgang in multifunctionele composietvleugels en rompstructuren

Flexibele printplaten in onbeperkte lengtes

Eerder dit jaar heeft Trackwise (Gloucestershire, VK) een 26 meter lange meerlaagse flexibele printplaat (FPC) verscheept - naar men aanneemt de langste ooit geproduceerd - voor het distribueren van stroom- en stuursignalen over de vleugels van een onbemand luchtvoertuig op zonne-energie (UAV). Trackwise heeft zelfs meer dan 50 FPC's voor dit voertuig geleverd, waardoor het gewicht met 60% is verminderd in vergelijking met het gebruik van conventionele kabelbomen voor de stroomvoorziening en controle van vliegtuigen.

Door deze gewichtsbesparing kan de in de VS gemaakte UAV een hoger laadvermogen en/of een verbeterde snelheid en actieradius bereiken. Trackwise produceert de FPC's met behulp van Improved Harness Technology (IHT), een gepatenteerde reel-to-reel fabricagetechniek. IHT overwint conventionele productiebeperkingen waardoor de meeste FPC's minder dan twee meter lang zijn, en stelt Trackwise in staat om FPC's in onbeperkte lengtes te produceren.

Een 5 meter lange, 6-laags flexibele PCB vervaardigd door Trackwise.

De FPC's die Trackwise leverde voor de UAV met een spanwijdte van 26 meter waren gebaseerd op een polyimidesubstraat. Hun vlakke structuur voert warmte beter af dan conventionele bedrading, waardoor een hogere stroomcapaciteit mogelijk is voor een bepaald gewicht aan koperen geleider. Andere voordelen zijn:

• Gedrukte productie zorgt voor circuitconsistentie
• Er zijn minder verbindingspunten nodig, dus de betrouwbaarheid is verbeterd
• De FPC is gemakkelijker te installeren dan kabelbomen, waardoor de montagetijd en -kosten van een voertuig worden verminderd.

Volgens de CEO van Trackwise, Philip Johnston, komen er veel nieuwe lucht- en ruimtevaart- en automobieltoepassingen op voor deze lange, lichtgewicht flexibele, meerlaagse printplaten (flex PCB's). Beide industrieën zien een duw in de richting van elektrificatie gelijktijdig met een behoefte aan meer sensoren en controle.

FPC's in composieten?

Nieuwsgierig om te weten of Trackwise deze FPC in composieten inbedde, begon ik een discussie met Neil Bartlett, directeur verkoop en marketing van Trackwise. "Voor de UAV-toepassing die in ons persbericht van maart werd benadrukt, waren de flex [flexibele PCB's] niet ingebed in een composiet", geeft hij toe. “Door hun vlakke karakter zijn ze echter uitermate geschikt om in composieten in te bedden en multifunctionele structuren mogelijk te maken. We voeren voorbereidende besprekingen over het integreren van flex - zowel kracht- als signaalvarianten - in een breed scala aan mogelijke toepassingen, waaronder ruimtevaart, defensie en constructie. Trackwise is ook lid van Advanced Concepts for Aero‑Structures with Integrated Antennas and Sensors (ACASIAS) – een consortium van 11 partners dat innovatieve technologieën ontwikkelt voor het integreren van antennes in composieten en vliegtuigstructuren.” (http://www.acasias-project.eu/)

Een slimme winglet met geïntegreerde VHF-antenne (Very High Frequency).

Verstijfd orthogrid romppaneel voor de integratie van een Ku-band SATCOM-antennearray.

Active Structural Acoustic Control-systeem voor vermindering van CROR-cabinegeluid met minimale impact op het gewicht. BRON | http://www.acasias-project.eu/files/Acasias_poster_v2.pdf

Bartlett zegt dat flex-PCB's gemaakt met IHT en composieten zeer synergetisch zijn in wat ze de markt bieden en de voordelen van het combineren / inbedden ervan zijn overtuigend, waaronder:

• Gewichtsbesparing (eliminatie van bevestigingsmiddelen)
• Verbeterde robuustheid/bescherming geboden door composieten =verbeterde betrouwbaarheid/minder onderhoud
• Gereduceerde ruimte-envelop =verbeterd laadvermogen/structurele efficiëntie
• Verbeterde installatie =minder arbeidscontacten (verbeterde betrouwbaarheid), minder tijd en kosten.

Deze demonstrator-flexantenne ingebed in een glasvezelcomposiet werd vervaardigd door Trackwise in samenwerking met Rockwood Composites en tentoongesteld op JEC World 2019. BRON | Trackwise

Vooruit gaan

De inkomsten van IHT zijn met 217% gestegen, waarbij klanten en ontwikkelingsmogelijkheden zijn toegenomen van 7 aan het begin van 2018 tot 45 in maart 2019. Trackwise heeft ook twee nieuwe proceslijnen geïnstalleerd.

Verschillende ACASIAS-projecten zullen worden gepresenteerd op de 2019 European Conference on Multifunctional Structures (EMuS, 11-12 juni, Barcelona, ​​Spanje), die wordt voorgezeten door ACASIAS-coördinator Dr. Harmen Schippers, Netherlands Aerospace Centre (NLR, Marknesse). Hoogtepunten zijn onder meer:

• Airbus Defense and Space heeft onderzocht hoe een elektronisch bestuurbare SATCOM-antenne die op de Ka-band in de vleugel werkt, kan worden ingebouwd in de romp van een passagiersvliegtuig. Het project wordt gedeeltelijk gefinancierd door Clean Sky 2 en omvat partners GILAT, RAYSAT en FBM Composite Materials Ltd.
  
• NLR onderzoekt een orthogrid-structuur voor het integreren van vierkante antenne-elementen in een composietromp, met behulp van een radiotransparante glasvezelhuid en koolstofvezelcomposietribben.
  
• Het Duitse ruimtevaartcentrum (DLR) en het Chinese AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials (BIAM) hebben het gebruik van gerecyclede koolstofvezels onderzocht om de mechanische sterkte en multifunctionele aspecten van biocomposieten te vergroten, waarbij ze kijken naar elektrisch geleidende composieten voor elektromagnetische interferentie (EMI) afscherming en blikseminslagbeveiliging (LSP) via het ECO-COMPASS project.