أخبار
استخدام المواد المركبة في مجال الطائرات بدون طيار
نظراً لاختلاف مجالات التطبيق وأغراض الاستخدام، توجد فروق جوهرية بين الطائرات بدون طيار والطائرات الحاملة التقليدية من حيث مواد التصنيع وهياكل الجسم. عند تصميم طائرة حاملة، ينبغي أن يكون عامل الحمل البشري هو الاعتبار الأول، وهناك معايير ومتطلبات مقابلة لسلامة هيكل الطائرة وتحمل المواد. مع ذلك، لا تحتاج الطائرات بدون طيار إلى مراعاة مسائل أداء السلامة البشرية، ويمكنها إجراء المزيد من التجارب والخيارات في تصميم هيكل الجسم ومواد التصنيع. تتميز المواد المركبة بأداء أفضل من حيث الصلابة والقوة ومقاومة الزلازل والتعب ومعامل التمدد الحراري، وبالتالي فهي المواد المفضلة لتصنيع الطائرات بدون طيار.
(1) أجزاء تطبيقية من المواد المركبة للطائرات بدون طيار
- المكونات الهيكلية: يُمكن تصنيع الهيكل الرئيسي والأجنحة وزعانف الذيل وأجزاء أخرى من الطائرة المسيرة من مواد مركبة. تتميز هذه المواد بخفة وزنها ومتانتها العالية ومقاومتها الجيدة للتعب والصدمات، مما يُطيل عمر الطائرات المسيرة ويُحسّن أداءها الجوي.
- حجرة المحرك: يمكن أيضًا حماية المكونات الأساسية للطائرات بدون طيار، مثل المحركات وأجهزة التحكم، باستخدام مواد مركبة. توفر هذه المواد أداءً جيدًا للحماية الكهرومغناطيسية، وتقلل التداخل الكهرومغناطيسي بفعالية، وتضمن التشغيل المستقر للأنظمة الكهربائية للطائرات بدون طيار.
- مادة تبديد الحرارة: تولد الطائرات بدون طيار كمية كبيرة من الحرارة أثناء الطيران، ويمكن استخدام المواد المركبة لصنع زعانف تبديد الحرارة لمساعدة الطائرات بدون طيار على تبديد الحرارة بشكل فعال وضمان التشغيل الطبيعي للمعدات.
- نظام الوقود: يتزايد استخدام المواد المركبة في أنظمة وقود الطائرات بدون طيار. على سبيل المثال، يمكن استخدام خزانات تخزين الهيدروجين المركبة لتخزين غاز الهيدروجين كمصدر طاقة للطائرات بدون طيار.
- غلاف المستشعر: يجب أن تكون الطائرات بدون طيار مجهزة بأجهزة استشعار مختلفة، مثل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ومقياس الضغط الجوي، والجيروسكوب، وما إلى ذلك. يمكن استخدام المواد المركبة لإنشاء أغلفة خفيفة الوزن وعالية القوة، مما يحمي أجهزة الاستشعار من التأثيرات البيئية الخارجية ويضمن دقتها واستقرارها.
(2) تحليل عملية تصنيع المكونات المركبة للطائرات بدون طيار
- عملية صب الضغط الساخن
تتميز عملية التشكيل بالضغط الساخن بخفة الوزن والجودة الممتازة للمكونات المركبة للطائرات بدون طيار، من الداخل والخارج، مع محتوى راتنج متجانس وخصائص ميكانيكية ممتازة. لذلك، أصبحت هذه العملية المفضلة لتصنيع المكونات المركبة للمكونات الرئيسية الحاملة للأحمال ومتطلبات السرعة العالية للطائرات بدون طيار. يتمثل عيب عملية التشكيل بالضغط الساخن في ضعف كفاءتها الاقتصادية، والذي ينعكس بشكل رئيسي في ارتفاع متطلباتها لمعدات التصنيع والاستثمار الأولي وتكاليف المعالجة، مما يحد إلى حد ما من انتشار هذه التقنية. لذلك، ونظرًا لاعتبارات المنافع الاقتصادية، غالبًا ما يتم استبدال تقنية التشكيل منخفض الحرارة والضغط بسهولة في عملية تصنيع الطائرات بدون طيار.
- عملية تشكيل كيس التفريغ
تتميز تقنية تشكيل أكياس التفريغ بفعاليتها العالية من حيث التكلفة، وتحقيق نتائج تصنيع مثالية بأقل تكلفة استثمارية، وانخفاض صعوبة تشغيل العملية، مما يسهل ترويجها وتطبيقها. أما عيبها، فهو أن ضغط القولبة صغير نسبيًا، وبالتالي فإن أهداف التنفيذ هي في الغالب مكونات من المواد المركبة ذات متطلبات معايير الجودة المنخفضة نسبيًا. من منظور نطاق التطبيق، تُعد تقنية تشكيل أكياس التفريغ شائعة نسبيًا في تصنيع المواد المركبة للطائرات بدون طيار الصغيرة منخفضة السرعة. من منظور طرق التشغيل، تشمل العمليات التمهيدية لتقنية تشكيل أكياس التفريغ بشكل رئيسي طريقتين: وضع المواد المشبعة مسبقًا والوضع الرطب. من منظور الفعالية التشغيلية، يكون الطلاء اللاصق للمكونات المركبة تحت عملية وضع المواد المشبعة مسبقًا موحدًا، مع استقرار وجودة جيدين.
- عملية صب الضغط
تتميز عملية قولبة الضغط بكفاءة إنتاج عالية، وسهولة تشغيل، واقتصاد جيد، وضغط قولبة عالي، والقدرة على موازنة تكلفة المدخلات وجودة مخرجات تصنيع الطائرات بدون طيار. من حيث نطاق التطبيق، تُستخدم عملية القولبة بشكل رئيسي في تصنيع المكونات المركبة لهيكل ساندويتش رغوة الطائرات بدون طيار. من منظور عملية التشغيل، تنقسم عملية القولبة إلى خطوتين: 1. إنتاج قلب الرغوة ورصف الجلد، 2. القولبة والضغط والمعالجة. من حيث التنفيذ، أدى استخدام هذه العملية في مكونات المواد المركبة لألواح أجنحة الطائرات بدون طيار إلى تحسين جماليات ودقة أجنحة الطائرات بدون طيار بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، يجب الانتباه إلى الاختيار المعقول لآلة الضغط لضمان التأثير الأمثل لعملية قولبة الضغط.
- تكنولوجيا التشكيل بدرجة حرارة منخفضة
تتميز تقنية التشكيل بدرجات حرارة منخفضة بتكلفة عملية منخفضة نسبيًا واستهلاك طاقة يمكن التحكم فيه. يمكنها معالجة راتنج البوليمر منخفض الحرارة إلى شكل عند درجة حرارة تتراوح بين 60 و80 درجة مئوية، مما يجعلها مكملًا فعالًا لعملية التشكيل بالضغط الساخن الحالية. من منظور قابلية التطبيق، لا تتميز تقنية التشكيل بدرجات حرارة منخفضة بتحمل أبعاد قوي للمكونات المركبة فحسب، بل يمكنها أيضًا معالجة وتشكيل المواد المركبة مباشرة في درجة حرارة وضغط الغرفة. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع في أنواع مختلفة من الطائرات بدون طيار. من منظور الفعالية التشغيلية، مقارنةً بمنتجات تقنية التشكيل بدرجات حرارة عالية، يمكن لتقنية التشكيل بدرجات حرارة منخفضة أن تقلل بشكل كبير من تكلفة تصنيع المركبات الجوية بدون طيار مع ضمان جودة ممتازة للمكونات المركبة. بالإضافة إلى ذلك، لتحقيق نتائج جيدة في تقنية التشكيل بدرجات حرارة منخفضة، من الضروري الاهتمام بالتحسين المستمر للراتنج ومادة التشكيل المسبقة منخفضة الحرارة.
(3) نسبة المواد المركبة المستخدمة في الطائرات بدون طيار
عادةً ما تُصنع مكونات الهيكل والأجنحة الرئيسية للطائرات المسيرة من مواد خفيفة الوزن وعالية القوة، مثل المواد المركبة وسبائك الألومنيوم وغيرها. هذه المواد غالية الثمن نسبيًا، لكنها خفيفة الوزن، مما يُحسّن أداء الطيران للطائرات المسيرة. وتتراوح نسبة المواد الهيكلية في تكلفة الطائرات المسيرة بين 20% و30%.
تختلف نسبة وزن المواد المركبة في هياكل الطائرات بدون طيار باختلاف نوع الطائرة وحجمها وطبيعة استخدامها. عمومًا، قد تصل نسبة وزن المواد المركبة في هياكل الطائرات بدون طيار إلى 50% أو أكثر. فيما يلي تقدير تقريبي:
الطائرات الصغيرة بدون طيار: نسبة المواد المركبة المستخدمة فيها عالية نسبيًا، حيث تصل إلى 70%-80% من وزن الجسم. ويرجع ذلك إلى أن الطائرات الصغيرة بدون طيار غالبًا ما تستخدم مواد خفيفة الوزن لتحسين أداء الطيران، بينما تتميز المواد المركبة بقوة وصلابة عاليتين، مما يلبي المتطلبات الهيكلية للطائرات الصغيرة بدون طيار.
الطائرات المسيرة متوسطة الحجم: نسبة المواد الهيكلية المستخدمة في الطائرات المسيرة متوسطة الحجم منخفضة نسبيًا، حيث تشكل المواد المركبة حوالي 50% إلى 60% من وزنها. ويرجع ذلك إلى أن هذه الطائرات قد تحتاج إلى حمل حمولات أكبر، مثل الوقود وأجهزة الاستشعار والحمولات، لذا يُركز اختيار المواد الهيكلية بشكل أكبر على التوازن بين الأداء والوزن.
الطائرات بدون طيار الكبيرة: قد تكون نسبة وزن المواد المركبة في هيكلها منخفضة نسبيًا، حيث تتراوح بين 30% و40%. ويرجع ذلك إلى أن هذه الطائرات تستخدم بشكل أساسي مواد هيكلية ثقيلة، مثل سبائك الألومنيوم والتيتانيوم، لتحمل الأحمال الثقيلة وأحمال الرياح. كما أن الطائرات بدون طيار الكبيرة غالبًا ما تتمتع بمساحة أكبر لاستيعاب الوقود والمعدات والأفراد، مما يجعل نسبة المواد المركبة المستخدمة منخفضة نسبيًا.