Композитные материалы стали идеальными материалами для производства маловысотных самолетов благодаря своей легкости, высокой прочности, коррозионной стойкости и пластичности. В эту эпоху маловысотной экономики, которая преследует 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 маловысотных самолетов. Оно может не только снизить вес самолета, но и улучшить эксплуатационные характеристики и экономические преимущества, а также стать эффективной заменой традиционным металлическим материалам. Более 90% композитных материалов в самолетах Skycars составляют углеродное волокно, а оставшиеся около 10% — стекловолокно. В самолетах eVTOL углеродное волокно широко используется в конструктивных компонентах и двигательных системах, составляя около 75–80%, в то время как внутренние приложения, такие как балки и конструкции сидений, составляют 12–14%, а аккумуляторные системы и бортовое электронное оборудование — 8–12%.
Волокностеклянный композитный материал
Стеклопластик (GFRP), обладающий коррозионной стойкостью, стойкостью к высоким и низким температурам, радиационной стойкостью, огнестойкостью и устойчивостью к старению, играет важную роль в производстве маловысотных летательных аппаратов, таких как беспилотники. Применение этого материала помогает снизить вес летательного аппарата, увеличить полезную нагрузку, сэкономить энергию и добиться красивого внешнего вида. Поэтому GFRP стал одним из ключевых материалов в экономике маловысотных 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 используются композитные материалы из стекловолокна. Например, в высотном БПЛА большой дальности и БПЛА ВВС США RQ-4 «Global Hawk» используются композитные материалы из углеродного волокна для крыльев, хвоста, отсека двигателя и задней части фюзеляжа, в то время как обтекатель и антенный решетчатый корпус выполнены из композитных материалов из стекловолокна для обеспечения четкой передачи сигнала.
Стекловолоконная ткань может использоваться для изготовления обтекателей и окон самолетов, что не только улучшает внешний вид и красоту самолета, но и повышает комфорт полета. Аналогичным образом, в конструкции спутников стекловолоконная ткань может использоваться для создания внешней поверхностной структуры солнечных панелей и антенн, тем самым улучшая внешний вид и функциональную надежность спутников.
Арамидное волокнокомпозитный материал
Арамидный бумажный сотовый материал, разработанный с гексагональной структурой бионических натуральных сот, пользуется большим уважением за его превосходную удельную прочность, удельную жесткость и структурную стабильность. Кроме того, этот материал также обладает хорошими звукоизоляционными, теплоизоляционными и огнестойкими свойствами, а дым и токсичность, образующиеся при горении, очень низки. Эти характеристики позволяют ему занять место в высокотехнологичных приложениях аэрокосмической промышленности и высокоскоростных транспортных средств.
Несмотря на то, что стоимость сотового заполнителя из арамидной бумаги выше, его часто выбирают в качестве основного легкого материала для высокотехнологичного оборудования, такого как самолеты, ракеты и спутники, особенно при производстве структурных компонентов, требующих широкополосной проницаемости волн и высокой жесткости.
Легкие преимущества
Арамидная бумага, являясь ключевым материалом конструкции фюзеляжа, играет важную роль в крупных экономичных самолетах малой высоты, таких как eVTOL, особенно в качестве сэндвич-слоя из сотового углеродного волокна.
В области беспилотных летательных аппаратов также широко используется сотовый материал Номекс (арамидная бумага), который применяется в обшивке фюзеляжа, обшивке крыла, передней кромке и других деталях.
Другойсэндвич-композитные материалы
На маловысотных летательных аппаратах, таких 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 используются 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 в целом.
При проектировании низкоскоростных БПЛА сотовые сэндвич-структуры обычно используются для деталей с низкими требованиями к прочности, правильной формы, больших криволинейных поверхностей и простых в компоновке, таких как стабилизирующие поверхности переднего крыла, стабилизирующие поверхности вертикального хвоста, стабилизирующие поверхности крыла и т. д. Для деталей со сложной формой и небольшими криволинейными поверхностями, таких 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, можно выбрать 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 предварительной формовки и в соответствии с требуемыми требованиями к жесткости в плоскости, прочности на изгиб, жесткости на кручение и прочности, выбора соответствующего армированного волокна, матричного материала, содержания волокна и ламината, а также проектирования различных углов укладки, слоев и последовательности слоев и отверждения при различных температурах нагрева и давлениях наддува.
Время публикации: 22 ноября 2024 г.
