Por que o cabo de prender de um porta-aviões é feito de aço?

A coisa mais importante para um cabo de segurança é que ele funciona de forma confiável, em comparação com essas diferenças incrementais de peso ou durabilidade são considerações bastante menores.

Uma das principais vantagens do kevlar é que ele tem uma relação resistência muito alta, mas tudo o que realmente alcança neste contexto é que o cabo é mais fino e mais leve e eu acho que o peso dos cabos de reposição é extremamente trivial no contexto da carga útil total de um porta-aviões.

Outra consideração é que o Kevlar tem rigidez muito menor do que o aço, que será ainda mais exacerbado pelas diferenças entre um cabo de fibra e um cabo de aço trançado. Isso significa que ele se estenderá ainda mais sob a mesma carga. Isso não apenas significa que ele permite que a aeronave se desloque mais antes de parar, mas também é necessário redesenhar fundamentalmente todo o sistema de proteção para levar em conta as propriedades muito diferentes do material e, então, o novo projeto precisaria ser testado e avaliado. e certificado.

Além disso, embora o kevlar seja considerado resistente à abrasão pelos padrões de têxteis, não é nem de longe tão resistente à abrasão quanto o cabo de aço de alta resistência. Considere que os cabos de aço industriais podem ter uma vida projetada na ordem de décadas (pense em pontes suspensas), enquanto os cabos de polímero de alta resistência são normalmente retirados depois de alguns anos, principalmente devido aos efeitos cumulativos de abrasão, sujeira e exposição UV. Também o aço é quase totalmente não afetado pela contaminação por combustível derramado, solventes, lubrificantes, fluido hidráulico etc.

Da mesma forma, os ganchos dos pára-raios são feitos de aço de alta resistência, que é muito mais duro do que Kevlar, de modo que mesmo uma pequena broca ou ponta afiada pode cortar uma corda de kevler como uma faca. um cabo de aço é muito mais resistente ao corte afiado.

125 ciclos de carga não estão nem perto de onde a fadiga do metal seria um problema, especialmente no aço, então parece mais provável que a vida útil do cabo seja baseada no desgaste direto e sobrecarga local do gancho do prendedor. O aço sendo relativamente duro, apesar de ter ductilidade razoável, é muito melhor em tolerar esse tipo de desgaste do que a maioria dos outros materiais.

Vale notar também que a sobrecarga além da tensão de escoamento (mas antes da falha total) geralmente produzirá uma torção perceptível em um cabo de aço, o que é um sinal de alerta de que ele deve ser substituído. Esse modo de falha gradual (ou seja, o dano é mensurável antes de se tornar crítico) (é uma das principais razões pelas quais o aço é preferido para estruturas críticas de segurança, ou seja, você recebe algumas advertências sobre falhas iminentes).

No entanto, a resposta mais convincente é que os cabos de aço estão comprovadamente funcionando bem para o trabalho e, portanto, não há motivo para redesenhar todo o sistema para usar um novo material em prol de benefícios de desempenho bastante marginais (se houver). .

Vale a pena notar também que os têxteis são usados para as redes de proteção para aterrissagens de emergência, onde se sabe ou se suspeita que o trem de pouso de uma aeronave em particular está comprometido. Aqui, o peso leve e o alongamento maior são uma vantagem distinta, pois mitigam possíveis danos ao quadro de ar.

    

A resposta curta é que os cabos são feitos de aço porque esse design foi testado e considerado adequado para o propósito.
As forças armadas e a aviação em geral tendem a continuar usando uma solução de trabalho, uma vez que temos uma, porque projetar novas soluções é caro e consome muito tempo.

Da perspectiva da ciência dos materiais, não há razão para que você não possa fazer um cabo de Kevlar: ele tem resistência à tração adequada para ser usada nesta aplicação. Para fazer isso, porém, você teria que realizar o mesmo tipo de teste de fadiga que foi feito nos cabos de aço, determinar sua vida útil útil e, em seguida, adicionar uma margem de segurança apropriada, após a qual ele é removido do serviço. Enfie e envie um caça muito dispendioso para o lado de fora do convés (para não falar de chicotear o pingente para dividir o pessoal do convés ao meio). Você também deve considerar o desgaste - quebra dos fios individuais, danos causados por fricção, areia, contaminação por óleo / combustível / outros materiais, etc. - e seus efeitos no Kevlar, ou qualquer outro material de substituição proposto.

É possível, depois de todos os testes, que o Kevlar seja considerado inadequado devido a um curto período de fadiga (mais tempo de inatividade durante a troca de cabos), maior custo unitário ou qualquer outra razão.

Observe que há pelo menos uma patente para um cabo de parada de tipo híbrido com um composto (Kevlar ou Nylon) núcleo e um envoltório exterior de aço. Podemos ver isso sendo usado em equipamentos de prender de última geração, ou os números podem ficar triturados e o cabo de aço "tradicional" é considerado uma solução melhor quando todos os fatores são considerados.

    

É uma boa pergunta. A resposta é porque parte da tecnologia, parte da economia, parte da realidade do ciclo de vida e parte da burocracia. Em suma, pode ser possível construir pingentes de pára-raios a partir de outros materiais que não a corda de aço com cânhamo, mas a vida nunca é tão simples.

Primeiro, é a confiabilidade. Para toda a história dos porta-aviões CATOBAR na aviação naval, os navios confiaram em prender o equipamento usando pingentes em cruz de aço para prender aeronaves. Com 100 anos e literalmente milhões de armadilhas e poucos, se houver algum, confiabilidade, custo ou problemas de manutenção, não existe ímpeto para mudar esse design.

Mas por um momento, vamos supor que queríamos projetar um novo pingente de cross deck usando, digamos, uma corda de kevlar ou materiais mais exóticos, por exemplo, tecidos de nanotubos de carbono, etc.

PREOCUPAÇÕES NO CICLO DE VIDA

• Inception: Existe uma razão premente que oferece benefícios suficientes para mudar da atual tecnologia de cabos de aço para uma alternativa mais moderna? Existe um aumento na confiabilidade, redução de custos, segurança, etc. que faz com que valha a pena gastar uma quantidade enorme de tempo e dinheiro para melhorar a solução existente.

• Desenvolvimento: Requer tempo e dinheiro para desenvolver uma nova alternativa de pendente de convés. Pode fazer todas as coisas que a corrente de aço pode fazer? É flexível? Isso interfere na infraestrutura de operadora existente? Há desvantagens para o novo design, como a fragilidade crescente ou a necessidade de alta manutenção para funcionar corretamente? Ele oferece uma vida útil longa em ambientes hostis, como spray marinho, etc, e ainda funciona corretamente?

• Fabricação: O novo design exige matérias-primas caras e exóticas? É mais difícil fabricar? Ou exige um ambiente de produção muito mais rigoroso ou controles de qualidade elaborados, que são mais difíceis de realizar e apresentam riscos operacionais se não forem cumpridos, em oposição à fabricação de cabos de aço? Requer o uso de produtos químicos tóxicos que são perigosos para o pessoal da planta ou apresentam um risco ambiental para se desfazerem adequadamente?

• Serviço: Este pode abrir uma série de problemas que nunca são totalmente antecipados e podem aparecer anos ou mesmo décadas depois que o produto é introduzido na frota. Isto pode vir na forma de dificuldades de transporte, estiva a bordo do navio, degradação durante o uso, falhas estruturais imprevistas pelas razões listadas acima, ou riscos operacionais para as tripulações do convés de vôo, aeronaves do navio. Um novo design como este passaria por anos de testes, muitas vezes distorcendo esses tipos de problemas, mas isso pode resultar em um problema que torna o desenvolvimento ainda mais imprevisível.

• Descarte: Inevitavelmente, o pingente deve ser retirado e estar sujeito a destruição. Pode ser reciclado? Se não, tem que ser picado e incinerado? Ou enterrado em um aterro? Esse processo cria substâncias químicas tóxicas perigosas para os seres humanos ou para o meio ambiente?

CUSTOS

Um novo design de pingente de convés vai custar milhões e este gasto é realmente injustificado, se a única razão para isso é que existem outros materiais mais exóticos que são mais strongs.

BUROCRACIA

A Marinha é, de longe, a mais indigesta e difícil de convencer da tecnologia pouco ortodoxa de qualquer um dos ramos das forças armadas. Eles muitas vezes não sabem o que querem e isso aumenta drasticamente os tempos de desenvolvimento e os custos de aquisição de sistemas de armas.

Consequentemente, parece que a corda de aço com núcleo de cânhamo será usada como pendente para as próximas décadas. É possível que outros empreendimentos façam uso de cabos de materiais exóticos que, uma vez desenvolvidos por meio de um ciclo de vida maduro, terão se mostrado mais úteis para a Marinha avaliar com essa finalidade. Uma coisa semelhante aconteceu com o Sistema de Lançamento de Aeronave Eletromagnética (EMALS) que a Marinha está desenvolvendo como um substituto para as catapultas a vapor usadas atualmente em suas transportadoras CATOBAR a partir de uma tecnologia de motor linear existente que tem sido usada em parques de diversão por mais de uma década. Mas mesmo esse sistema tem sido repleto de problemas de desenvolvimento e não se traduz rapidamente para uso a bordo de um porta-aviões.

    

Muitos dos "benefícios" listados não importam:

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.

• Isqueiro: Este é transportado em um porta-aviões, alguns milhares de libras mais ou menos não é grande coisa
• Mais flexível: o aço é flexível o suficiente, sendo mais flexível é otimizar algo que não precisa de otimização.
• Mais durável: Talvez uma qualidade levemente redentora, mas os fios de Kevlar podem ter pequenas partículas de metal presas neles, que causam abrasão a longo prazo e enfraquecem o cabo.
• Extremos de temperatura: os cabos de retenção estão no mesmo ambiente que os humanos: cerca de 0 ° F a 120 ° F. Steel e Kevlar estão bem até cerca de 300 ° F.
• Resistência à corrosão: O aço é excelente contra água do mar, combustível para jatos e solventes comuns. O Kevlar é ligeiramente suscetível à abrasão de pequenas partículas de metal e sujeira que entram na trama.
• Mais barato: quando se trata de aviões a jato e operações militares, pequenas diferenças de custo não são consideradas.