Met hoeveel carbon hockeysticks kun je een lesvliegtuig maken?
Heb jij er wel eens over nagedacht hoeveel hockeysticks van volledig koolstofvezel er nodig zijn om een full carbon lesvliegtuig te kunnen produceren?
Zelf heb ik nog nooit een hockeystick in mijn handen gehad. Maar dit is wel een van de sportartikelen waarbij composieten materialen optimaal worden toegepast vanwege de materiaal eigenschappen. Het leek mij leuk om uit te rekenen met hoeveel carbon materiaal er een lesvliegtuig gemaakt wordt en hoeveel hockeysticks hiervoor nodig zijn. De uitdaging hierin is het combineren van een sport waar ik niks van weet, en het vakgebied vliegtuigen waar ik best wel in thuis ben.
Ik heb me verdiept in de verschillen van hockeysticks. Hierbij is de hoeveelheid carbon zowel van invloed op het gewicht als wel op de stijfheid van de hockeystick. Vroeger werden hockeystick van hout gemaakt, echter het gebruik van kunststoffen versterkt met vezels draagt bij aan de duurzaamheid van de hockeystick. Maar om kinderen te leren hockeyen wordt er vaak nog een combinatie met hout toegepast. Hiermee komt het balgevoel het beste naar voren. Daarnaast zijn er nog verschillende ontwerpeisen vanuit de KNHB waar de hockeystick aan moet voldoen. Maar ik focus mij even op mijn passie, composieten.
Ondanks dat het lesvliegtuig en de hockeystick van carbon vezels gemaakt worden, is het type carbon vezel wel verschillend. Zie hiernaast een plaatje die de variatie zichtbaar maakt.
Je hebt vezels die uitmuntend zijn in sterkte, de hoge sterkte vezels (high tensile strength). En er zijn vezels die een keuze hebben uit standaard (general), gemiddeld (medium), hoog (high) en zeer hoge (ultrahigh) modulus. Deze zijn van invloed op de de stijfheid van het product.
Weet jij waar we in dit overzicht staal en aluminium kunnen plaatsen?
Vergeet niet dat dit overzicht alleen de eigenschappen van de vezel weergeeft. Voor een composiet product moet je altijd rekening houden met een vezelvolume-verhouding waardoor bepaalde waardes niet meer 1 op 1 vergeleken kunnen worden met de eigenschappen van staal en aluminium.
De keuze van de vezel heeft invloed op de totale eigenschappen van het product
maar ook op de kosten van het product. Voor een hockeystick wordt daarom gekozen voor standaard tot gemiddeld modulus vezels. Maar voor een lesvliegtuig zal eerder gekeken worden naar gemiddeld tot zeer hoge modulus om de perfecte gewicht-optimalisatie te kunnen bereiken.
Een extra-extra-light hockeystick weegt ongeveer 475 gram. Deze zijn vaak volledig uit carbon gemaakt. Echter een paar procent aramide vezels toepassen in de hockeystick zorgt ervoor dat de stick langer mee zal gaan vanwege de hoge impact bestendige eigenschappen van aramide. Voor nu gaan we even uit van een hockeystick die voor 100% uit carbonvezels is gemaakt.
Beoefen jij hockey en heb je ervaring met hockeysticks waarin het percentage carbon verschillend van was ?
Deel dan je ervaring hieronder! Ik ben erg benieuwd wat je voelt en wat het effect is tijdens de sport als er meer of minder carbon gebruikt is in de hockeystick. Hiermee geven we andere lezers ook een idee van wat carbon voor invloed heeft op de eigenschappen van carbon hockeysticks.
Sinds 2018 is er een all-carbon lesvliegtuig in gebruik genomen welke maar 1590 kilogram weegt.
Hier zijn ook de motoren, instrumentatie, propeller en alle verbindingen bij inbegrepen. Ik ben ik alleen op zoek naar de koolstofvezel onderdelen. Uiteindelijk is 30% van het totale gewicht van dit lesvliegtuig voor de carbon constructie nodig. Je zou kunnen zeggen, op die 30% nog gewichtsbesparingen uitvoeren klinkt bijna overbodig, maar hoe lichter het vliegtuig hoe beter de prestaties. Dus voor alle onderdelen wordt de beste optimalisatie gekozen waarbij de carbonvezels het gewonnen hebben van glasvezels. Daarnaast geeft de ontwerpvrijheid van composieten materialen ontwerpers de mogelijkheid om nieuwe geometrieën te bedenken met de meest optimale gewichtsbesparing.
Wat is void percentage?
Maar daarnaast is er nog een belangrijk verschil tussen de eisen voor een hockeystick en een lesvliegtuig; de void percentage. Oftewel het aantal luchtbelletjes in het composieten product. Hoe hoger het aantal luchtbelletjes, hoe lager de mechanische eigenschappen. Dit is dus onafhankelijk van het type vezel. De luchtbellen zorgen ervoor dat er plekken in het product zijn waar geen hars aanwezig. Hier is dus meer kans op het initiëren van schade in het product. Voor de luchtvaart worden er zeer hoge eisen gesteld aan de void percentages. Daarom worden er andere productietechnieken gebruikt om aan deze hoge eisen te kunnen voldoen.
Heb jij een idee met welke verschillende productiemethoden hockeysticks of onderdelen voor het lesvliegtuig worden geproduceerd? Laat hieronder je ideeën achter!
1060 hockeysticks!
Terugkomende op ons onderzoek van de hockeystick en lesvliegtuig. De hockeystick weegt 475 gram en het lesvliegtuig bestaat voor 30% uit carbon. Dit betekend dat de carbon constructie 477 kilogram weegt. We hebben dus 1060 hockeysticks nodig voor de productie van een lesvliegtuig!
Heb jij nog leuke producten die we zouden kunnen vergelijken aan de hand van composiet onderdelen? Laat het ons dan weten!