छोटे यूएवी संरचनाओं में बेसाल्ट फाइबर के अनुप्रयोग की व्यवहार्यता
गुणों का अवलोकन बेसाल्ट फाइबर प्रबलित पॉलिमर (बीएफआरपी)
उदाहरण के तौर पर, 5 मिमी मोटाई वाली पुल्ट्रूडेड शीट के विशिष्ट भौतिक मापदंड इस प्रकार हैं: - तन्यता शक्ति: ≥500 एमपीए
प्रत्यास्थता मापांक: ≥40 GPa
घनत्व: 1.8–2.0 ग्राम/सेमी³
- टूटने पर खिंचाव: 2.5–3.0%
- संक्षारण प्रतिरोधउत्कृष्ट (अम्ल, क्षार और पराबैंगनी विकिरण के प्रति प्रतिरोधी)
- ऊष्मीय प्रसार गुणांक: कंक्रीट के समान; कम तापमान पर अच्छा प्रदर्शन
छोटे यूएवी संरचनाओं में अनुप्रयोग की व्यवहार्यता विश्लेषण
- लाभ
- वजन घटाने की क्षमता: एल्युमीनियम मिश्र धातु (2.7 ग्राम/सेमी³) की तुलना में कम घनत्व के साथ, यह संरचनात्मक वजन को कम करने में सक्षम बनाता है, जिससे उड़ान की सहनशक्ति और गतिशीलता में सुधार होता है।
- विशिष्ट सामर्थ्य और विशिष्ट मापांक: विशिष्ट सामर्थ्य (सामर्थ्य/घनत्व): ≈250–280 MPa·cm³/g, एल्युमीनियम मिश्र धातु (≈140) से बेहतर लेकिन कार्बन फाइबर (≈600) से कम।
- विशिष्ट मापांक (मापांक/घनत्व): ≈20–22 GPa·cm³/g, जो एल्युमीनियम मिश्रधातु के तुलनीय है, लेकिन कार्बन फाइबर के केवल एक तिहाई के बराबर है।
- कंपन अवमंदन गुण: कार्बन फाइबर की तुलना में उच्च अवमंदन गुणांक, उड़ान कंपन को कम करता है और सेंसर की स्थिरता को बढ़ाता है। • विद्युतचुंबकीय पारदर्शिता: संचार संकेतों में बाधा नहीं डालता, जिससे यह रडार या एंटीना कंपार्टमेंट के लिए उपयुक्त है।
- पर्यावरण प्रतिरोध: नमी, गर्मी और जंग के प्रति प्रतिरोधी, समुद्री या औद्योगिक वातावरण में यूएवी के लिए उपयुक्त।
- अनुशंसित अनुप्रयोग
- मध्यम से कम भार वाली संरचनाएं: धड़ के फ्रेम, लैंडिंग गियर सपोर्ट, विंग रिब्स।
- भार वहन न करने वाले घटक: एंटीना माउंट, बैटरी ट्रे, सेंसर हाउसिंग।
- विशेष वातावरण के लिए घटक: कृषि संबंधी यूएवी पर कीटनाशक घोल के संपर्क में आने वाले भाग, समुद्री यूएवी के पतवार।
कार्बन फाइबर (सीएफआरपी) के साथ लागत-प्रदर्शन तुलना
तुलना: बेसाल्ट फाइबर (बीएफआरपी) बनाम कार्बन फाइबर (सीएफआरपी)
| आयाम | बाजालत फाइबर प्रबलित पॉलिमर (बीएफआरपी) | कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) |
| सामग्री लागत | प्लेट: लगभग 60-100 आरएमबी/किलो (घरेलू) | प्लेटें: लगभग 150–300 आरएमबी/किग्रा (टी300 ग्रेड) |
| विशिष्ट शक्ति | मध्यम (≈250) | उच्च (≈600) |
| विशिष्ट मापांक | अपेक्षाकृत कम (≈20) | उच्च (≈60-100) |
| संघात प्रतिरोध | मध्यम (सीएफआरपी की तुलना में अधिक भंगुरता) | अपेक्षाकृत उच्च (अच्छी मजबूती) |
| प्रसंस्करण लागत | पुल्ट्रूडेड प्लेटों को प्रोसेस करना आसान होता है, लेकिन जटिल मोल्डिंग के लिए अतिरिक्त प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। | प्रीप्रेग हॉट-प्रेसिंग की लागत अधिक होती है, लेकिन इससे एकीकृत मोल्डिंग संभव हो पाती है। |
| सहनशीलता | उच्च थकान प्रतिरोध, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध। | उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध क्षमता, लेकिन गैल्वेनिक संक्षारण से सुरक्षा की आवश्यकता है। |
| वजन घटाना | एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तुलना में वजन में 20-30% की कमी। | एल्यूमीनियम मिश्र धातु की तुलना में वजन में 40-50% की कमी। |
लागत-प्रभावशीलता परिदृश्य विश्लेषण
- कम लागत वाले प्राथमिकता वाले ड्रोन (जैसे, निरीक्षण, कृषि ड्रोन): – बीएफआरपी कुछ एल्यूमीनियम मिश्र धातु घटकों को प्रतिस्थापित कर सकता है, जिसकी लागत सीएफआरपी की तुलना में 30-50% कम है और इसमें बेहतर संक्षारण प्रतिरोध है, जो उच्च समग्र लागत-प्रभावशीलता प्रदान करता है।
- उच्च कठोरता और हल्के डिज़ाइन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोग (जैसे, रेसिंग ड्रोन, हवाई फोटोग्राफी ड्रोन): – CFRP प्रत्यास्थता के मापांक में एक महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, जिससे वायुगतिकीय विरूपण कम होता है; हालांकि यह अधिक महंगा है, लेकिन इसका प्रदर्शन अतुलनीय है।
- विशेष कार्यात्मक आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोग: यदि विद्युत चुम्बकीय पारदर्शिता या अवमंदन/कंपन में कमी की आवश्यकता हो, तो बीएफआरपी विशिष्ट घटकों (जैसे, रडार डोम) के लिए एक पूरक सामग्री के रूप में काम कर सकता है।
- तकनीकी चुनौतियाँ और अनुकूलन दिशाएँ
- हाइब्रिड संरचना डिजाइन: बीएफआरपी + सीएफआरपी लैमिनेट: लागत और प्रदर्शन को संतुलित करने के लिए उच्च कठोरता आवश्यकताओं वाले क्षेत्रों में स्थानीय रूप से कार्बन फाइबर की परतें बिछाई जाती हैं।
- प्रक्रिया में सुधार: जटिल संरचनाओं को बनाने की क्षमता को बढ़ाने के लिए बीएफआरपी प्रीप्रेग्स या 3डी-प्रिंटेड फाइबर-प्रबलित सामग्री विकसित करें।
- जोड़ने की तकनीक: जोड़ की दक्षता में सुधार के लिए चिपकने वाले रिवेटेड कंपोजिट जोड़ों या अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को अपनाएं।
उपरोक्त विश्लेषण के आधार पर, छोटे यूएवी में मध्यम से कम भार वाली संरचनाओं के लिए बीएफआरपी उपयुक्त है और वजन कम करने, जंग प्रतिरोध और कंपन कम करने के मामले में उपयोगी है; हालांकि, उच्च कठोरता की आवश्यकता वाले क्षेत्रों में इसका उपयोग नहीं किया जाना चाहिए। यदि कठोरता महत्वपूर्ण कारक नहीं है, बल्कि लागत महत्वपूर्ण है, तो बीएफआरपी, सीएफआरपी की तुलना में कहीं अधिक किफायती है।
इसके अतिरिक्त, लागत को अनुकूलित करने के लिए बीएफआरपी/सीएफआरपी हाइब्रिड डिजाइन पर विचार किया जा सकता है।
परिमित तत्व विश्लेषण (FEA) का उपयोग विशिष्ट घटकों (जैसे कि एयरफ्रेम) का अनुकरण करने के लिए भी किया जा सकता है, जिसमें समान सुरक्षा कारकों के तहत BFRP और CFRP के वजन और लागत की तुलना करके डेटा के आधार पर सामग्री चयन को निर्देशित किया जा सकता है।
