Композитные материалы стали идеальными материалами для производства маловысотных самолетов из-за их легкости, высокой прочности, коррозионной стойкости и пластичности. В эпоху маловысотной экономики, преследующей цели эффективности, срока службы аккумуляторов и защиты окружающей среды, использование композитных материалов не только влияет на эксплуатационные характеристики и безопасность самолетов, но и является ключом к содействию развитию всей отрасли.
Углеродное волокнокомпозитный материал
Благодаря своей легкости, высокой прочности, коррозионной стойкости и другим характеристикам углеродное волокно стало идеальным материалом для производства низковысотных самолетов. Оно может не только снизить вес самолета, но и улучшить эксплуатационные характеристики и экономические преимущества, а также стать эффективной заменой традиционных металлических материалов. Более 90% композитных материалов в самолетах Skycars составляют углеродное волокно, а оставшиеся около 10% — стекловолокно. В самолетах eVTOL углеродное волокно широко используется в конструктивных элементах и двигательных системах, составляя около 75–80%, в то время как внутренние применения, такие как балки и конструкции сидений, составляют 12–14%, а аккумуляторные системы и авионика — 8–12%.
Волокностеклянный композиционный материал
Стеклопластик (GFRP), обладающий коррозионной стойкостью, устойчивостью к высоким и низким температурам, радиационной стойкостью, огнестойкостью и устойчивостью к старению, играет важную роль в производстве низковысотных летательных аппаратов, таких как беспилотники. Применение этого материала способствует снижению веса летательного аппарата, увеличению полезной нагрузки, экономии энергии и достижению красивого внешнего вида. Таким образом, GFRP стал одним из ключевых материалов в экономике низковысотных летательных аппаратов.
В процессе производства маловысотных самолетов стеклоткань широко используется при изготовлении ключевых конструктивных элементов, таких как планеры, крылья и хвостовое оперение. Ее легкие характеристики помогают повысить крейсерскую эффективность самолета и обеспечивают большую прочность и устойчивость конструкции.
Для компонентов, требующих отличной волновой проницаемости, таких как обтекатели и антенные решетки, обычно используют композитные материалы на основе стекловолокна. Например, в высотном БПЛА большой дальности и БПЛА ВВС США RQ-4 «Global Hawk» для крыльев, хвостовой части, отсека двигателя и задней части фюзеляжа используются композитные материалы на основе углеродного волокна, в то время как обтекатель и антенный решетка изготовлены из композитных материалов на основе стекловолокна для обеспечения четкой передачи сигнала.
Стеклоткань может использоваться для изготовления обтекателей и иллюминаторов самолетов, что не только улучшает внешний вид и красоту самолета, но и повышает комфорт полета. Аналогичным образом, в конструкции спутников стеклоткань может использоваться для создания внешней поверхностной структуры солнечных панелей и антенн, тем самым улучшая внешний вид и функциональную надежность спутников.
Арамидное волокнокомпозитный материал
Сотовый материал на основе арамидной бумаги, разработанный с использованием гексагональной структуры бионических природных сот, высоко ценится за свою превосходную удельную прочность, удельную жёсткость и структурную стабильность. Кроме того, этот материал обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, а также огнестойкостью, а также низким уровнем дымообразования и токсичности при горении. Эти характеристики позволяют ему находить применение в высокотехнологичных приложениях в аэрокосмической отрасли и высокоскоростных транспортных средствах.
Несмотря на то, что стоимость сотового сердечника из арамидной бумаги выше, его часто выбирают в качестве основного легкого материала для высокотехнологичного оборудования, такого как самолеты, ракеты и спутники, особенно при производстве конструктивных компонентов, требующих широкополосной проницаемости волн и высокой жесткости.
Легкие преимущества
Являясь ключевым материалом конструкции фюзеляжа, арамидная бумага играет важнейшую роль в крупных экономичных самолетах с малой высотой полета, таких как eVTOL, особенно в качестве сэндвич-слоя из углеродного волокна с сотовой структурой.
В области беспилотных летательных аппаратов также широко используется сотовый материал Номекс (арамидная бумага), который применяется в обшивке фюзеляжа, обшивке крыльев и передней кромки и других деталях.
Другойсэндвич-композитные материалы
Низковысотные летательные аппараты, такие как беспилотные летательные аппараты, помимо использования в процессе изготовления армированных материалов, таких как углеродное волокно, стекловолокно и арамидное волокно, также широко используются сэндвич-конструкционные материалы, такие как соты, пленка, пенопласт и пеноклей.
При выборе сэндвич-материалов обычно используют сотовые сэндвичи (например, бумажные соты, соты Nomex и т. д.), деревянные сэндвичи (например, береза, павловния, сосна, липа и т. д.) и вспененные сэндвичи (например, полиуретан, поливинилхлорид, пенополистирол и т. д.).
Пенопластовая сэндвич-структура широко применяется в конструкции планеров БПЛА благодаря своим водонепроницаемым и плавучим свойствам, а также технологическим преимуществам, позволяющим заполнять полости внутренней конструкции крыла и хвостового оперения как единое целое.
При проектировании низкоскоростных БПЛА сотовые сэндвич-структуры обычно используются для деталей с низкими требованиями к прочности, правильной формой, большими криволинейными поверхностями и простыми в раскладке, такими как стабилизирующие поверхности переднего крыла, стабилизирующие поверхности вертикального хвоста, стабилизирующие поверхности крыла и т. д. Для деталей со сложной формой и небольшими криволинейными поверхностями, такими как поверхности руля высоты, поверхности руля направления, поверхности элерона руля направления и т. д., предпочтительны пенопластовые сэндвич-структуры. Для сэндвич-структур, требующих более высокой прочности, могут быть выбраны деревянные сэндвич-структуры. Для тех деталей, которые требуют как высокой прочности, так и высокой жесткости, таких как обшивка фюзеляжа, Т-образная балка, L-образная балка и т. д., обычно используется ламинированная структура. Изготовление этих компонентов требует предварительного формования, и в соответствии с требуемыми требованиями к жесткости в плоскости, прочности на изгиб, жесткости на кручение и прочности, выбирают соответствующее армирующее волокно, матричный материал, содержание волокон и ламинат, а также проектируют различные углы укладки, слои и последовательность слоев и отверждают посредством различных температур нагрева и давлений под давлением.
Время публикации: 22 ноября 2024 г.
