Композитные материалы стали идеальными материалами для производства летательных аппаратов малой высоты благодаря своей легкости, высокой прочности, коррозионной стойкости и пластичности. В эпоху экономики малой высоты, стремящейся к эффективности, длительному сроку службы батарей и защите окружающей среды, использование композитных материалов не только влияет на характеристики и безопасность летательных аппаратов, но и является ключом к развитию всей отрасли.
Углеродное волокнокомпозитный материал
Благодаря своей легкости, высокой прочности, коррозионной стойкости и другим характеристикам, углеродное волокно стало идеальным материалом для производства летательных аппаратов малой высоты. Оно не только снижает вес летательных аппаратов, но и улучшает их характеристики и экономические показатели, становясь эффективной заменой традиционным металлическим материалам. Более 90% композитных материалов в летательных аппаратах составляют углеродное волокно, а оставшиеся около 10% — стекловолокно. В летательных аппаратах eVTOL углеродное волокно широко используется в конструкционных элементах и силовых установках, составляя около 75-80%, в то время как внутренние элементы, такие как балки и конструкции сидений, составляют 12-14%, а аккумуляторные системы и авионика — 8-12%.
Волокностеклокомпозитный материал
Стекловолокнистый армированный пластик (GFRP), благодаря своей коррозионной стойкости, устойчивости к высоким и низким температурам, радиационной стойкости, огнестойкости и антивозрастным свойствам, играет важную роль в производстве низковысотных летательных аппаратов, таких как дроны. Применение этого материала помогает снизить вес летательного аппарата, увеличить полезную нагрузку, сэкономить энергию и добиться привлекательного внешнего дизайна. Поэтому GFRP стал одним из ключевых материалов в экономике низковысотных летательных аппаратов.
В процессе производства маловысотных летательных аппаратов стекловолокно широко используется при изготовлении ключевых конструктивных элементов, таких как планер, крыло и хвостовое оперение. Его малый вес способствует повышению эффективности крейсерского полета самолета и обеспечивает более высокую прочность и устойчивость конструкции.
Для компонентов, требующих превосходной волнопроницаемости, таких как обтекатели и кожухи радаров, обычно используются композитные материалы из стекловолокна. Например, высотный беспилотный летательный аппарат большой дальности и БПЛА RQ-4 «Global Hawk» ВВС США используют композитные материалы из углеродного волокна для своих крыльев, хвостового оперения, моторного отсека и задней части фюзеляжа, в то время как обтекатель и кожух радара изготавливаются 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 эстетику летательного аппарата, но и повышает комфорт полета. Аналогичным образом, в спутниковом проектировании стекловолоконная ткань может также использоваться для создания внешней поверхностной конструкции солнечных панелей и антенн, тем самым улучшая внешний вид и функциональную надежность спутников.
Арамидное волокнокомпозитный материал
Арамидный бумажный сотовый материал, имеющий гексагональную структуру, аналогичную бионическим природным сотам, высоко ценится за свою превосходную удельную прочность, удельную жесткость и структурную стабильность. Кроме того, этот материал обладает хорошими звукоизоляционными, теплоизоляционными и огнезащитными свойствами, а также очень низким уровнем дымообразования и токсичности при горении. Эти характеристики позволяют ему занять достойное место в высокотехнологичных областях применения в аэрокосмической отрасли и высокоскоростных транспортных средствах.
Несмотря на более высокую стоимость сотового материала из арамидной бумаги, он часто выбирается в качестве ключевого легкого материала для высокотехнологичного оборудования, такого как самолеты, ракеты и спутники, особенно при производстве конструкционных элементов, требующих широкополосной волновой проницаемости и высокой жесткости.
Преимущества лёгкого веса
В качестве ключевого материала для конструкции фюзеляжа арамидная бумага играет жизненно важную роль в основных экономичных летательных аппаратах для полетов на малых высотах, таких как eVTOL, особенно в качестве сэндвич-слоя из углеродного волокна с сотовой структурой.
В области беспилотных летательных аппаратов сотовый материал Nomex (арамидная бумага) также широко используется в обшивке фюзеляжа, обшивке крыла, передней кромке и других частях.
Другойсэндвич-композитные материалы
В низковысотных летательных аппаратах, таких как беспилотные летательные аппараты, помимо использования армирующих материалов, таких как углеродное волокно, стекловолокно и арамидное волокно, в процессе производства также широко применяются сэндвич-конструкционные материалы, такие как сотовые структуры, пленка, пенопласт и пеноклей.
При выборе сэндвич-материалов обычно используются сотовые сэндвич-панели (например, бумажные сотовые панели, сотовые панели из материала Nomex и др.), древесные сэндвич-панели (например, из березы, павловнии, сосны, липы и др.) и пенопластовые сэндвич-панели (например, из полиуретана, поливинилхлорида, пенополистирола и др.).
Пенопластовая сэндвич-структура широко используется в конструкции планеров беспилотных летательных аппаратов 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 изогнутых поверхностей и простоты укладки, таких как передние стабилизаторы крыла, стабилизаторы вертикального оперения, стабилизаторы крыла и т. д. Для деталей сложной формы и малых изогнутых поверхностей, таких как поверхности руля высоты, поверхности руля направления, поверхности элеронов и т. д., предпочтительны сэндвич-структуры из пенопласта. Для сэндвич-структур, требующих большей прочности, могут быть выбраны деревянные сэндвич-структуры. Для деталей, требующих как высокой прочности, так и высокой жесткости, таких как обшивка фюзеляжа, Т-образные балки, L-образные балки и т. д., обычно используется ламинированная структура. Изготовление этих компонентов требует предварительной формовки, и в соответствии с требуемой жесткостью в плоскости, прочностью на изгиб, жесткостью на кручение и прочностью, выбираются соответствующие армирующие волокна, матричный материал, содержание волокон и ламинат, проектируются различные углы укладки, слои и последовательность укладки, а также отверждение при различных температурах нагрева и давлениях прессования.
Дата публикации: 22 ноября 2024 г.
