Verbundwerkstoffe haben sich aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Plastizität zu idealen Materialien für die Herstellung von Tiefflugflugzeugen entwickelt. In diesem Zeitalter der Tiefflugwirtschaft, in dem Effizienz, Batterielebensdauer und Umweltschutz im Vordergrund stehen, wirkt sich die Verwendung von Verbundwerkstoffen nicht nur auf die Leistung und Sicherheit von Flugzeugen aus, sondern ist auch der Schlüssel zur Förderung der Entwicklung der gesamten Branche.
KohlefaserVerbundwerkstoff
Aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und anderer Eigenschaften hat sich Kohlefaser zu einem idealen Material für die Herstellung von Tiefflugflugzeugen entwickelt. Sie kann nicht nur das Gewicht von Flugzeugen reduzieren, sondern auch Leistung und Wirtschaftlichkeit verbessern und ein wirksamer Ersatz für herkömmliche Metallwerkstoffe werden. Mehr als 90 % der Verbundwerkstoffe in Skycars bestehen aus Kohlefaser, die restlichen etwa 10 % aus Glasfaser. In eVTOL-Flugzeugen wird Kohlefaser häufig in Strukturkomponenten und Antriebssystemen verwendet und macht etwa 75–80 % aus, während interne Anwendungen wie Balken und Sitzstrukturen 12–14 % und Batteriesysteme und Avionikausrüstung 8–12 % ausmachen.
FaserGlasverbundwerkstoff
Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) spielt aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit, Strahlungsresistenz, Flammhemmung und Alterungsbeständigkeit eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Tieffluggeräten wie Drohnen. Der Einsatz dieses Materials trägt dazu bei, das Gewicht des Flugzeugs zu reduzieren, die Nutzlast zu erhöhen, Energie zu sparen und ein ansprechendes Außendesign zu erzielen. Daher ist GFK zu einem der wichtigsten Materialien in der Tiefflugwirtschaft geworden.
Bei der Produktion von Tiefflugflugzeugen wird Glasfasergewebe häufig zur Herstellung wichtiger Strukturkomponenten wie Flugzeugzellen, Flügeln und Leitwerken verwendet. Seine leichten Eigenschaften tragen dazu bei, die Reiseeffizienz des Flugzeugs zu verbessern und sorgen für eine höhere strukturelle Festigkeit und Stabilität.
Für Komponenten, die eine hervorragende Wellendurchlässigkeit erfordern, wie etwa Radome und Verkleidungen, werden üblicherweise Glasfaserverbundwerkstoffe verwendet. Beispielsweise verwenden die UAVs für große Höhen und große Reichweiten sowie die UAV RQ-4 „Global Hawk“ der US Air Force Kohlefaserverbundwerkstoffe für ihre Flügel, das Heck, den Motorraum und den hinteren Rumpf, während Radome und Verkleidungen aus Glasfaserverbundwerkstoffen bestehen, um eine klare Signalübertragung zu gewährleisten.
Glasfasergewebe kann zur Herstellung von Flugzeugverkleidungen und Fenstern verwendet werden, was nicht nur das Erscheinungsbild und die Schönheit des Flugzeugs verbessert, sondern auch den Flugkomfort steigert. Ebenso kann Glasfasergewebe im Satellitendesign zum Bau der äußeren Oberflächenstruktur von Solarmodulen und Antennen verwendet werden, wodurch das Erscheinungsbild und die Funktionszuverlässigkeit von Satelliten verbessert werden.
AramidfaserVerbundwerkstoff
Das Aramidpapier-Wabenkernmaterial mit der hexagonalen Struktur einer bionischen Naturwabe wird für seine hervorragende spezifische Festigkeit, spezifische Steifigkeit und strukturelle Stabilität geschätzt. Darüber hinaus verfügt dieses Material über gute Schalldämm- und Wärmedämmeigenschaften sowie flammhemmende Eigenschaften. Die Rauchentwicklung und Toxizität bei der Verbrennung sind sehr gering. Diese Eigenschaften machen es zu einem wichtigen Bestandteil von High-End-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in Hochgeschwindigkeitstransportmitteln.
Obwohl die Kosten für das Kernmaterial aus Aramidpapierwaben höher sind, wird es häufig als wichtiges Leichtbaumaterial für High-End-Geräte wie Flugzeuge, Raketen und Satelliten ausgewählt, insbesondere bei der Herstellung von Strukturkomponenten, die eine Breitbandwellendurchlässigkeit und hohe Steifigkeit erfordern.
Leichtgewichtige Vorteile
Als Schlüsselmaterial für die Rumpfstruktur spielt Aramidpapier eine entscheidende Rolle in großen, sparsamen Flugzeugen für niedrige Flughöhen wie eVTOL, insbesondere als Sandwichschicht aus Kohlefaserwaben.
Im Bereich unbemannter Luftfahrzeuge wird das Wabenmaterial Nomex (Aramidpapier) ebenfalls häufig verwendet, beispielsweise in der Rumpfschale, der Flügelhaut und der Vorderkante und anderen Teilen.
AndereSandwich-Verbundwerkstoffe
Bei der Herstellung von Flugzeugen in geringer Höhe, wie etwa unbemannten Luftfahrzeugen, werden neben verstärkten Materialien wie Kohlefaser, Glasfaser und Aramidfaser auch häufig Sandwich-Strukturmaterialien wie Waben, Folie, Schaumstoff und Schaumkleber verwendet.
Bei der Auswahl von Sandwichmaterialien werden üblicherweise Wabensandwiches (wie Papierwaben, Nomex-Waben usw.), Holzsandwiches (wie Birke, Paulownia, Kiefer, Linde usw.) und Schaumsandwiches (wie Polyurethan, Polyvinylchlorid, Polystyrolschaum usw.) verwendet.
Die Schaumstoff-Sandwichstruktur wird aufgrund ihrer wasserdichten und schwimmfähigen Eigenschaften und der technologischen Vorteile, die sich daraus ergeben, dass die Hohlräume der inneren Struktur der Flügel und des Heckflügels als Ganzes gefüllt werden können, häufig für die Struktur von UAV-Flugzeugzellen verwendet.
Bei der Konstruktion von Drohnen mit niedriger Geschwindigkeit werden Wabensandwichstrukturen üblicherweise für Teile mit geringen Festigkeitsanforderungen, regelmäßigen Formen, großen gekrümmten Oberflächen und einfacher Anordnung verwendet, wie z. B. Stabilisierungsflächen für Frontflügel, vertikale Heckstabilisierungsflächen, Flügelstabilisierungsflächen usw. Für Teile mit komplexen Formen und kleinen gekrümmten Oberflächen, wie z. B. Höhenruderoberflächen, Ruderoberflächen, Querruderoberflächen usw., werden Schaumsandwichstrukturen bevorzugt. Für Sandwichstrukturen, die eine höhere Festigkeit erfordern, können Holzsandwichstrukturen ausgewählt werden. Für Teile, die sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Steifigkeit erfordern, wie z. B. Rumpfhaut, T-Träger, L-Träger usw., wird üblicherweise die Laminatstruktur verwendet. Die Herstellung dieser Komponenten erfordert eine Vorformung. Je nach den erforderlichen Anforderungen an Steifigkeit in der Ebene, Biegefestigkeit, Torsionssteifigkeit und Festigkeit werden die geeigneten verstärkten Fasern, das Matrixmaterial, der Fasergehalt und das Laminat ausgewählt und unterschiedliche Verlegewinkel, Schichten und Schichtfolgen entworfen und durch unterschiedliche Heiztemperaturen und Druckbeaufschlagungsdrücke ausgehärtet.
Veröffentlichungszeit: 22. November 2024
