Varför är en luftfartygshäftande kabel tillverkad av stål?

Det enda viktigaste för en arrestorkabel är att det fungerar tillförlitligt, jämfört med dessa inkrementella skillnader i vikt eller hållbarhet är ganska små överväganden.

En av de stora fördelarna med kevlar är att den har en mycket hög hållfasthet till viktförhållande, men allt detta verkligen uppnår i det här sammanhanget är att kabeln är tunnare och lättare och jag skulle gissa att vikten av reservkraftskabelar är försvinnande trivial i sammanhanget med den totala nyttolasten hos en luftfartygsoperatör.

En annan övervägning är att Kevlar har mycket lägre styvhet än stål, vilket ytterligare förvärras av skillnaderna mellan ett fiberkabel och en flätad stålkabel. Det innebär att det kommer att sträcka sig längre under samma belastning. Det betyder inte bara att det tillåter att flygplanet reser längre innan det stannar, men du måste också grundligt omstrukturera hela arresteringssystemet för att ta hänsyn till de väldigt olika materialegenskaperna hos tråden och då skulle den nya konstruktionen behöva testas, utvärderas och certifierad.

Även om kevlar anses vara nötningsbeständigt enligt textilstandarden är den inte nära så resistent mot nötning som höghållfast stålkabel. Tänk på att industriella stålkablar kan ha en konstruktionslängd i decenniernas ordning (tänk på upphängningsbroar). Högspänningsplattor med hög hållfasthet är vanligtvis pensionerade efter några år, främst på grund av de kumulativa effekterna av nötning, smuts och UV-exponering. Även stål är nästan helt opåverkat av förorening av spillt bränsle, lösningsmedel, smörjmedel, hydraulvätska etc.

125 lastcykler är ingenstans nära där metallutmattning skulle vara ett problem, särskilt i stål, så det verkar troligare att kabelns liv är baserat på direkt slitage och lokal överbelastning från gripkroken. Stålet är relativt svårt, men med rimlig duktilitet är det mycket bättre att tolerera den här typen av slitage än de flesta andra material.

Det är också värt att notera att överbelastning bortom avkastningsspänningen (men före totalavbrott) ofta kommer att skapa en märkbar kink i en stålkabel som är ett varningsskylt att det ska bytas ut. Detta gradvisa felläge (det vill säga skada är mätbar innan det blir kritiskt. Det är en av de främsta anledningarna till att stål är att föredra för säkerhetskritiska strukturer, det vill säga att du får lite varning om övergående misslyckande.

Men det mest övertygande svaret är att stålkablar har visat sig fungera bra för jobbet och det finns därför ingen tvingande anledning att omforma hela systemet för att använda ett nytt material för att få rättvisa marginella fördelar (om några) .

Det är också värt att notera att textilier används för arresteringsnät för nödlandningar där det är känt eller misstänkt att landningsutrustningen på ett visst flygplan äventyras. Här är den lätta vikten och den större sträckan en distinkt fördel eftersom den mildrar eventuell skada på luftramen.

Det korta svaret är att kablarna är gjorda av stål eftersom den designen har testats och funnits lämplig för ändamålet.
Militären och flyget i allmänhet tenderar att fortsätta att använda en arbetslösning när vi har en, eftersom utformningen av nya lösningar är dyr och tidskrävande.

Från ett materialvetenskapligt perspektiv finns det ingen anledning att kunde inte göra en gripkabel ut ur Kevlar: Den har tillräcklig draghållfasthet som ska användas i denna applikation. För att göra det måste du dock utföra samma typ av utmattningstest på det som gjordes på stålkablarna, bestämma dess användbara livslängd och lägg sedan till en lämplig säkerhetsmarginal, varefter den tas bort från service så att kabeln inte gör det " t snap och skicka en mycket dyr kampanjflygning från slutet av däcket (för att inte säga att piska hänget runt för att skära däckpersonalen i hälften).
Du bör också överväga slitage av de enskilda strängarna, skador från friktion, grit, förorening från olja / bränsle / annat material etc. - och dess effekter på Kevlar eller något annat föreslagna ersättningsmaterial.

Det är möjligt, trots allt det testet, att Kevlar skulle vara olämpligt på grund av ett kort trötthetslängd (mer drifttid på däcket när du bytte kablar), högre kostnad per enhet eller några andra orsaker.

Observera att det finns åtminstone ett patent för en hybridkabel med en komposit (Kevlar eller Nylon) kärna och en yttre stålplåt. Vi kan se den användas i nästa generations griputrustning, eller siffrorna kan bli knäppta och den "traditionella" stålkabeln visade sig vara en bättre lösning när alla faktorer beaktas.

Det är en bra fråga. Svaret varför delteknik, delekonomi, del livscykel verklighet och del byråkrati. Kort sagt kan det vara möjligt att bygga hängande hängen av andra material än hampkärnad ståltång, men livet är aldrig så enkelt.

Först är pålitligheten. För hela CATOBAR-flygplanets historia i marinflyget har fartygen förlitat sig på att gripa redskap med hjälp av stålkorsdäckshängen för att fånga landningsflygplan. Med 100 år och bokstavligen miljontals fällor under sitt bälte och få, om några, tillförlitlighet, kostnader eller underhållsproblem, finns det ingen drivkraft att ändra från den designen.

Men för ett ögonblick kan vi anta att vi ville designa ett nytt korsdäckshängsel med hjälp av exempelvis ett kevlar-rep eller mer exotiska material, t.ex. vävda kolnanorubuler, etc.

LIVCYCLE CONCERNS

• Inception: Finns det en pressande orsak som ger tillräckligt med fördelar för att byta från befintlig ståltrådsteknik till ett mer modernt alternativ? Är det en ökning av pålitlighet, kostnadsbesparingar, säkerhet etc. som gör det värt att spendera en enorm tid och pengar för att förbättra den befintliga lösningen.

• Utveckling: Kräver tid och pengar för att utveckla ett nytt alternativ för korsdäck hängande. Kan det göra allt som det nuvarande ståltrådet kan? Är det flexibelt? Inverkar det på befintlig transportinfrastruktur? Finns det nackdelar med den nya designen, såsom ökad brittleness eller ett behov av högt underhåll att fungera ordentligt? Har det en lång hållbarhetstid i svåra miljöer som sprayflödet etc, och fungerar fortfarande korrekt?

• Tillverkning: kräver den nya designen dyra och exotiska råvaror? Är det svårare att tillverka? Eller behöver det en mycket strängare tillverkningsmiljö eller utarbetade kvalitetskontroller som är svårare att realisera och presentera operativa risker om de inte uppfylls i motsats till tillverkning av ståltov? Behöver det användningen av giftiga kemikalier som är farliga för personalen i anläggningen eller utgör en miljöfarlig för att kassera sig korrekt?

• Service: Den här kan öppna en mängd problem som aldrig förväntas och kan ofta dyka upp år eller till och med årtionden efter att produkten introducerats i flottan. Detta kan komma i form av svårigheter att transportera, stuvning ombord på fartyget, nedbrytning under användning, oförutsedda strukturella misslyckanden av ovan angivna skäl eller operativa faror för flygplanspersonalens fartygsflygplan. En ny design som denna skulle genomgå år av testning, ofta vridning av sådana problem, men det kan leda till ett problem som gör ytterligare utveckling obefogad.

• Bortskaffande: Hängivenheten måste oundvikligen gå i pension och utsättas för destruktion. Kan det återvinnas? Om inte, måste det strykas och förbrännas? Eller begravd i en deponi? Skapar denna process giftiga kemikalier som är farliga för människor eller miljön?

DÄRMED

En ny korsdäck hängande design kommer att kosta miljoner och denna utgift är verkligen obefogad om den enda anledningen till att det är så att det finns andra exotiska material som är starkare.

BYRÅKRATI

Navan är överlägset den mest stodgy och svår att övertyga om oortodox teknik av någon av militärens grenar. De vet ofta inte vad de vill ha och detta dramatiskt förenar utvecklingstider och kostnader för upphandling av vapensystem.

Det förefaller följaktligen att hampkärnat ståltråd kommer att användas som arresterhängen i årtionden som kommer. Det är möjligt att andra ansträngningar kommer att utnyttja exotiska materialtåg som, när de har utvecklats genom en mogen livscykel, har visat sig mer användbar för marinen att utvärdera för detta ändamål. En liknande sak hände med det elektromagnetiska flygplanets startsystem (EMALS) som Navy utvecklar som ersättning för ångkatapulten som för närvarande används på sina CATOBAR-bärare från en befintlig linjär motorteknik som har använts i nöjesparker i över ett decennium nu. Men även det här systemet har haft stor utvecklingsproblem och översätter inte snabbt över till att använda ombord på ett flygplan.

Många av de "fördelarna" du listade spelar ingen roll ut:

It's lighter, more flexible, more durable, can tolerate more temperature extremes, is not susceptible to corrosion, and it might even be cheaper - since it's made from nylon threads. It also has the added advantage of being less dangerous in the rare event of a cable break under load.

• Lättare: Detta transporteras på ett luftfartygsoperatör, några tusen pund mer eller mindre är ingen större sak
• Mer flexibel: Stål är tillräckligt flexibelt, det är mer flexibelt att optimera något som inte behöver optimeras.
• Mer hållbar: Kevlar-väven kan kanske få små metallpartiklar som fångas i dem som orsakar långvarig nötning och försvagar kabeln.
• Extremiteter i temperaturen: Hållande kablar ligger i samma miljö som människor: ungefär 0 ° F till 120 ° F. Stål och Kevlar är båda bra till ca 300 ° F.
• Korrosionsbeständighet: Stål är bara bra mot havsvatten, jetbränsle och vanliga lösningsmedel. Kevlar är lite mottaglig för nötning från små metall och smutspartiklar som kommer i väven.
• Billigare: När det gäller jetplan och militära operationer är små kostnadsskillnader inte ett övervägande.