تطبيق مواد ألياف الكربون في مجال السيارات

يعد تطبيق مواد ألياف الكربون في هياكل الجسم نموذجًا لسعي صناعة السيارات إلى تصميم خفيف الوزن. إن هياكل الجسم المصنوعة من مواد مركبة من ألياف الكربون لا تقلل بشكل كبير من الكتلة الإجمالية للسيارة فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين قوة وصلابة الجسم بشكل ملحوظ. على سبيل المثال، تعتمد طرازات BMW i3 وi8 على نطاق واسع هياكل الجسم المصنوعة من مواد مركبة من ألياف الكربون. تحقق مقصورة القيادة المصنوعة من ألياف الكربون في سيارة BMW i3 انخفاضًا في الوزن بنسبة 50%، كما يحقق هيكل الجسم المصنوع من ألياف الكربون في سيارة BMW i8، المشابه لتلك الموجودة في سيارة BMW i3، تأثيرات كبيرة في الوزن الخفيف. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم طراز Subaru WRX STI TS سقفًا مصنوعًا من مادة CFRP (البلاستيك المقوى بألياف الكربون)، مما يقلل الوزن بنسبة 80% مقارنة باللوحة الفولاذية. تُظهر هذه الحالات بشكل كامل الإمكانات الهائلة لمواد ألياف الكربون في هياكل الجسم خفيفة الوزن.

إن استخدام مواد ألياف الكربون لا يقلل من وزن الجسم فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين قدرة السيارة على تحمل الصدمات وسلامتها. قوة الشد للمواد المركبة من ألياف الكربون أعلى بشكل عام من 3500 ميجا باسكال، وهو ما يعادل خمسة أضعاف قوة الفولاذ العادي. تتشوه قمرة القيادة المصنوعة من مواد ألياف الكربون إلى الحد الأدنى أثناء الاصطدام، مما يوفر حماية فعالة لمساحة بقاء الركاب. وفي الوقت نفسه، تتمتع مواد ألياف الكربون أيضًا بتأثير جيد لامتصاص الاهتزاز، مما يوفر حاجزًا كبيرًا ضد الصدمات، ويقلل من توليد شظايا الصدمات، ويحسن سلامة السيارة.

في نظام الطاقة، يتم أيضًا استخدام مواد ألياف الكربون على نطاق واسع. تم تحسين المكونات الرئيسية مثل مكونات المحرك، وأعمدة القيادة، والأطقم الديناميكية الهوائية باستخدام مواد ألياف الكربون.

مكونات المحرك: إن خصائص مواد ألياف الكربون عالية القوة وخفيفة الوزن تجعلها خيارًا مثاليًا لمكونات المحرك. يمكن لأنظمة تناول ألياف الكربون أن تقلل الوزن بشكل كبير مع تحسين كفاءة السحب. على سبيل المثال، تعتمد سيارة السيدان Ford Falcon XR6 Sprint على نظام سحب مصنوع من ألياف الكربون بنسبة 100%، ويزن أنبوب السحب الخاص بها 235 جرامًا فقط، بينما يزن أنبوب السحب البلاستيكي 438 جرامًا. ولا يعمل هذا التصميم خفيف الوزن على تحسين استجابة المحرك فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الوقود.

عمود القيادة: تتميز أعمدة القيادة المصنوعة من ألياف الكربون بخصائص كونها خفيفة الوزن وعالية القوة ومقاومة للتعب، مما يمكن أن يحسن بشكل كبير كفاءة وموثوقية نظام القيادة. يزن عمود القيادة المصنوع من ألياف الكربون لسيارة تويوتا 86 5.53 كجم فقط، وبالمقارنة مع أعمدة القيادة الفولاذية السائدة، فإنه يقلل الوزن بنسبة 50%. ولا يقلل هذا التصميم خفيف الوزن من استهلاك الطاقة لنظام القيادة فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين أداء التسارع واستقرار السيارة.

مجموعات الديناميكية الهوائية: يساعد استخدام مواد ألياف الكربون في مجموعات الديناميكية الهوائية على تحسين أداء السيارة والاقتصاد في استهلاك الوقود. على سبيل المثال، يعتمد الجناح الخلفي المصنوع من ألياف الكربون في Lynk & Co 03 Champion Edition على عمليات معالجة مسبقة متقدمة، وعمليات قولبة وعلاج، وعمليات طلاء وفحص الجودة، مما يعزز مظهر السيارة وأدائها بشكل شامل. على الطريق السريع، يمكن للجناح توجيه تدفق الهواء بكفاءة في الجزء الخلفي من السيارة، مما يقلل من مقاومة الرياح. في المنعطفات، يمكنه زيادة القوة الضاغطة بمهارة، مما يحسن ثبات السيارة في التعامل معها.

يُظهر استخدام مواد ألياف الكربون في نظام الكبح أيضًا مزاياه الفريدة. تتمتع أقراص المكابح المصنوعة من ألياف الكربون بمقاومة وثبات ممتازين لدرجات الحرارة العالية ويمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 2500 درجة مئوية مع الحفاظ على أداء مستقر. تعتمد بورشه 918 سبايدر على أقراص مكابح مصنوعة من ألياف الكربون، ويمكنها خفض سرعة السيارة من 300 كم/ساعة إلى 50 كم/ساعة خلال 50 متراً. لا يعمل نظام الكبح عالي الأداء هذا على تحسين أداء كبح السيارة فحسب، بل يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة وتآكل نظام الكبح.

وفي الختام، فإن تطبيق مواد ألياف الكربون في مجال السيارات يتوسع ويتعمق باستمرار. من هياكل الجسم إلى أنظمة الطاقة ومن ثم إلى أنظمة الكبح، أحدثت مواد ألياف الكربون تغييرات وتحسينات كبيرة في صناعة السيارات بمزاياها الفريدة. ومع التقدم المستمر في تكنولوجيا مواد ألياف الكربون والتخفيض التدريجي للتكاليف، يُعتقد أن مواد ألياف الكربون ستلعب دورًا أكثر أهمية في تصنيع السيارات في المستقبل.