Kompozit anyagok alkalmazása a pilóta nélküli drónok területén

Az alkalmazási területek és a felhasználási célok közötti különbségek miatt jelentős különbségek vannak a pilóta nélküli légi járművek és a hagyományos hordozó repülőgépek között a gyártási anyagok és a karosszériaszerkezetek tekintetében. Hordozó repülőgép tervezésekor az elsődleges szempont az emberi teherbírás, és ennek megfelelő szabványok és követelmények vonatkoznak a repülőgép szerkezetének és anyagának teherhordó képességére. A drónoknak azonban nem kell figyelembe venniük az emberi biztonsági teljesítmény kérdéseit, és több kísérlet és választási lehetőség kínálkozik a karosszériaszerkezet tervezésében és a gyártási anyagokban. A kompozit anyagok jobb teljesítményt nyújtanak a merevség, a szilárdság, a szeizmikus és fáradási ellenállás, valamint a hőtágulási együttható tekintetében, ezért a pilóta nélküli légi járművek gyártásához előnyben részesített anyagok.

(1) Kompozit anyagok alkalmazási részei pilóta nélküli légi járművekben

1. Szerkezeti elemek: A drón fő szerkezete, szárnyai, farokszárnyai és egyéb részei kompozit anyagokból készülhetnek. A kompozit anyagok könnyűek, nagy szilárdságúak, jó fáradási ellenállással és ütésállósággal rendelkeznek, így a pilóta nélküli légi járművek hosszabb élettartammal és jobb repülési teljesítménygel rendelkeznek.
2. Motortér: A pilóta nélküli légi járművek fő alkatrészei, például a motorok, vezérlők stb., szintén védhetők kompozit anyagokkal. A kompozit anyagok jó elektromágneses árnyékolási teljesítményt biztosítanak, hatékonyan csökkentik az elektromágneses interferenciát, és biztosítják a pilóta nélküli légi járművek elektromos rendszereinek stabil működését.
3. Hőelvezető anyag: A drónok repülés közben nagy mennyiségű hőt termelnek, és kompozit anyagokból hőelvezető lamellákat lehet készíteni, amelyek segítenek a drónoknak hatékonyan elvezetni a hőt és biztosítani a berendezések normál működését.
4. Üzemanyagrendszer: A kompozit anyagok alkalmazása a pilóta nélküli légi járművek üzemanyagrendszereiben egyre fontosabbá válik. Például a kompozit hidrogéntároló tartályok hidrogéngáz tárolására használhatók drónok energiaforrásaként.
5. Érzékelőburkolat: A drónokat különféle érzékelőkkel kell felszerelni, például GPS-szel, barométerrel, giroszkóppal stb. A kompozit anyagokból könnyű és nagy szilárdságú burkolatok hozhatók létre, amelyek megvédik az érzékelőket a külső környezeti hatásoktól, és biztosítják azok pontosságát és stabilitását.

(2) Drónok kompozit alkatrészeinek gyártási folyamatának elemzése

1. Meleg préselési eljárás

A melegpréseléses öntési eljárás a pilóta nélküli légi járművek kompozit alkatrészeinek belső és külső minőségét könnyűvé és kiválóvá teszi, egyenletes gyantatartalommal és kiváló mechanikai tulajdonságokkal. Ezért ez a módszer vált az előnyben részesített eljárássá a pilóta nélküli légi járművek fő teherhordó alkatrészeinek és nagy sebességű követelményeinek kielégítésére szolgáló kompozit alkatrészek gyártásában. A melegpréseléses öntési eljárás hátránya az alacsony gazdasági hatékonyság, ami főként a gyártóberendezésekkel, a kezdeti beruházással és a feldolgozási költségekkel szembeni magas követelményekben tükröződik, ami bizonyos mértékig korlátozza a technológia elterjedését is. Ezért a gazdasági előnyök miatt az alacsony hőmérsékletű és alacsony nyomású öntési technológia gyakran könnyen helyettesíthető a drónok tényleges gyártási folyamatában.

2. Vákuumzsák formázási folyamat

A vákuumzsákos formázási technológia előnyei a magas költséghatékonyság, az ideális gyártási eredmények elérése minimális költségbefektetéssel, valamint az alacsony működési nehézség, ami megkönnyíti a népszerűsítést és a megvalósítást. Hátránya, hogy a formázási nyomás viszonylag kicsi, így a megvalósítási célpontok többnyire kompozit anyagkomponensek, viszonylag alacsony minőségi szabványkövetelményekkel. Alkalmazási kör szempontjából a vákuumzsákos formázási technológia viszonylag elterjedt a kis, alacsony sebességű, pilóta nélküli légi járművekhez használt kompozit anyagok gyártásában. Működési módszerek szempontjából a vákuumzsákos formázási technológia előzetes műveletei főként két módszert foglalnak magukban: az impregnált anyag előfektetését és a nedves fektetést. Működési hatékonyság szempontjából az impregnált anyagfektetés alatt a kompozit alkatrészek ragasztóbevonata egyenletes, jó stabilitással és minőséggel rendelkezik.

3. Kompressziós öntési folyamat

A présöntési eljárás előnyei a magas termelési hatékonyság, az egyszerű kezelhetőség, a jó gazdaságosság, a magas öntési nyomás, valamint a dróngyártás költségráfordítása és minőségi kimenete közötti egyensúly megteremtésének képessége. Alkalmazási kör tekintetében a öntési eljárást többnyire a pilóta nélküli repülőgépek hab szendvicsszerkezetének kompozit alkatrészeinek gyártásában használják. A működési folyamat szempontjából a öntési folyamat két lépésre oszlik: ① habmag előállítása és burkolatának kialakítása, ② öntés, préselés és kikeményítés. A megvalósítás szempontjából ennek az eljárásnak a használata a drónszárny-panelek kompozit anyagkomponenseiben jelentősen javította a drónszárnyak esztétikáját és pontosságát. Ezenkívül figyelmet kell fordítani a présgép ésszerű kiválasztására a présöntési eljárás optimális hatásának biztosítása érdekében.

4. Alacsony hőmérsékletű alakítási technológia

Az alacsony hőmérsékletű öntési technológia előnyei a viszonylag alacsony folyamatköltségek és a szabályozható energiafogyasztás. Az alacsony hőmérsékletű polimer gyantát 60-80 fokon képes formára kikeményíteni, így hatékony kiegészítője a jelenlegi melegpréselési öntési eljárásnak. Az alkalmazhatóság szempontjából az alacsony hőmérsékletű öntési technológia nemcsak a kompozit alkatrészek esetében rendelkezik nagy mérettűréssel, hanem közvetlenül is képes kompozit anyagokat kikeményíteni és formázni szobahőmérsékleten és nyomáson. Ezért széles körben használják különféle típusú drónokban. Az üzemeltetési hatékonyság szempontjából a magas hőmérsékletű öntési technológiával előállított termékekhez képest az alacsony hőmérsékletű öntési technológia jelentősen csökkentheti a pilóta nélküli légi járművek gyártási költségeit, miközben biztosítja a kompozit alkatrészek kiváló minőségét. Ezenkívül az alacsony hőmérsékletű öntési technológiában jó eredmények elérése érdekében figyelmet kell fordítani a gyanta és az alacsony hőmérsékletű öntési prepreg folyamatos fejlesztésére.

(3) Kompozit anyagok aránya pilóta nélküli légi járművekben

A drónok fő szerkezeti és szárnyalkatrészei általában könnyű, nagy szilárdságú anyagokból, például kompozit anyagokból, alumíniumötvözetekből stb. készülnek. Ezek az anyagok viszonylag drágák, de könnyűek, ami előnyös a drónok repülési teljesítményének javítása szempontjából. A szerkezeti anyagok aránya a drónok költségében körülbelül 20% -30%.

A drónszerkezetekben található kompozit anyagok súlyaránya a drón típusától, méretétől és alkalmazási módjától függően változik. Általánosságban elmondható, hogy a drónszerkezetekben a kompozit anyagok súlyaránya elérheti az 50%-ot vagy akár a magasabb értéket is. Íme egy durva becslés:

Kisméretű pilóta nélküli légi járművek: Kisméretű pilóta nélküli légi járművek esetében a felhasznált kompozit anyagok aránya viszonylag magas, elérheti a testtömeg 70–80%-át. Ez azért van, mert a kisméretű drónok gyakran könnyű anyagokat használnak a repülési teljesítmény javítása érdekében, míg a kompozit anyagok nagy szilárdságúak és merevségűek, így megfelelnek a kisméretű drónok szerkezeti követelményeinek.

Közepes méretű drónok: A közepes méretű drónokban a szerkezeti anyagok aránya viszonylag alacsony, a kompozit anyagok a súly körülbelül 50-60%-át teszik ki. Ez azért van, mert a közepes méretű drónoknak több rakományt, például üzemanyagot, érzékelőket és hasznos terhet kell szállítaniuk, így a szerkezeti anyagok kiválasztásánál inkább a teljesítmény és a súly közötti egyensúlyra kell összpontosítani.

Nagy pilóta nélküli légi járművek: A nagy pilóta nélküli légi járművek szerkezetében a kompozit anyagok súlyaránya viszonylag alacsony, körülbelül 30% -40%. Ez azért van, mert a nagy pilóta nélküli légi járművek főként nehéz szerkezeti anyagokat, például alumíniumötvözeteket, titánötvözeteket stb. használnak a nagyobb terhelések és szélterhelések elviselésére. Ezenkívül a nagy drónoknak gyakran több helyük van az üzemanyag, a berendezések és a személyzet elhelyezésére, így a felhasznált kompozit anyagok aránya viszonylag alacsony.