Hagkvæmni þess að nota basalttrefjar á lítil ómönnuð loftför
Yfirlit yfir eiginleika Basalt trefjastyrkt fjölliða (bfrp)
Ef við tökum 5 mm þykka pultruderuðu plötu sem dæmi, eru dæmigerðar eðlisfræðilegar breytur hennar eftirfarandi: - Togstyrkur: ≥500 MPa
- Teygjanleiki: ≥40 GPa
- Þéttleiki: 1,8–2,0 g/cm³
- Brotlenging: 2,5–3,0%
- TæringarþolFrábært (þolir sýrur, basa og útfjólubláa geislun)
- Varmaþenslustuðull: Líkur og steypa; góð lághitaþol
Hagkvæmnisgreining á notkun í litlum ómönnuðum loftförum
- Kostir
- Möguleiki á þyngdarlækkun: Með lægri eðlisþyngd en álfelgur (2,7 g/cm³) gerir það kleift að draga úr burðarþyngd og þar með bæta flugþol og stjórnhæfni.
- Eðlisstyrkur og eðlisstuðull: Eðlisstyrkur (styrkur/þéttleiki): ≈250–280 MPa·cm³/g, betri en ál (≈140) en minni en kolefnistrefjar (≈600).
- Eðlisfræðilegur stuðull (stuðull/þéttleiki): ≈20–22 GPa·cm³/g, sambærilegt við ál en aðeins þriðjungur af kolefnistrefjum.
- Titringsdempunareiginleikar: Hærri dempunarstuðull en kolefnisþráður, sem dregur úr titringi í flugi og bætir stöðugleika skynjara. • Rafsegulgegnsæi: Truflar ekki samskiptamerki, sem gerir það hentugt fyrir ratsjár- eða loftnetshólf.
- Umhverfisþol: Þolir raka og hita og tæringu, hentugur fyrir ómönnuð loftför í sjó- eða iðnaðarumhverfi.
- Ráðlagðar umsóknir
- Mannvirki með meðal- til lágálag: Skrokkgrindur, lendingarbúnaðarstuðningar, vængrif.
- Óberandi íhlutir: Loftnetsfestingar, rafhlöðubakkar, skynjarahús.
- Íhlutir fyrir sérstök umhverfi: Hlutir sem hafa orðið fyrir skordýraeiturslausnum í landbúnaðarómönnuðum loftförum, skrokkum sjóómönnuðra loftfara.
Samanburður á kostnaði og afköstum við koltrefja (CFRP)
Samanburður: Basaltþráður (BFRP) á móti kolefnisþráðum (CFRP)
| Stærð | Basalt Trefjastyrkt fjölliða (BFRP) | Kolefnistrefjastyrkt fjölliða (CFRP) |
| Efniskostnaður | Diskar: u.þ.b. 60–100 RMB/kg (innanlands) | Plötur: u.þ.b. 150–300 RMB/kg (T300 gæðaflokkur) |
| Sérstakur styrkur | Miðlungs (≈250) | Hátt (≈600) |
| Sértækur stuðull | Tiltölulega lágt (≈20) | Hátt (≈60-100) |
| Áhrifaþol | Miðlungs (Meiri brothættni en CFRP) | Tiltölulega hátt (góð seigja) |
| Vinnslukostnaður | Pultruded plötur eru auðveldar í vinnslu, en flókin mótun krefst viðbótarferla. | Kostnaður við heitpressun með forpregnun er hár en gerir kleift að móta með samþættri mótun. |
| Endingartími | Góð þreytuþol, framúrskarandi tæringarþol. | Frábær þreytuþol, en þarfnast verndar gegn galvanískri tæringu. |
| Þyngdartap | 20–30% þyngdarlækkun samanborið við ál. | 40–50% þyngdarlækkun samanborið við ál. |
Greining á kostnaðarhagkvæmni
- Ódýrir forgangsdrónar (t.d. skoðunar-, landbúnaðardrónar): – BFRP getur komið í stað sumra íhluta úr álfelgu, með 30–50% lægri kostnaði en CFRP og betri tæringarþol, sem býður upp á mikla hagkvæmni í heildina.
- Notkun sem krefst mikils stífleika og léttrar hönnunar (t.d. kappakstursdrónar, loftmyndadrónar): – CFRP býður upp á verulegan kost í teygjanleikastuðli, sem dregur úr aflögun loftaflfræðilegrar aflögunar; þótt það sé dýrara er afköst þess ómissandi.
- Notkun með sérstökum virknikröfum: Ef þörf er á rafsegulgegnsæi eða dempun/titringsminnkun, getur BFRP þjónað sem viðbótarefni fyrir tiltekna íhluti (t.d. ratsjárhvelfingar).
- Tæknilegar áskoranir og hagræðingarleiðir
- Blönduð burðarvirki: BFRP + CFRP lagskiptingar: Leggið kolefnistrefjar staðbundið á svæðum með miklar kröfur um stífleika til að halda jafnvægi á milli kostnaðar og afkösta.
- Ferlabótar: Þróa BFRP forpregs eða þrívíddarprentaðar trefjastyrktar efni til að auka getu til að mynda flóknar mannvirki.
- Samskeytistækni: Notið lím-nitaðar samsetningar eða ómsuðu til að bæta skilvirkni samskeyta.
Samkvæmt ofangreindri greiningu hentar BFRP fyrir mannvirki með meðal- til lágálag í litlum ómönnuðum loftförum og býður upp á notkunargildi hvað varðar þyngdarlækkun, tæringarþol og minnkun dempunar/titrings; þó ætti að forðast það á svæðum þar sem mikil stífleiki er nauðsynleg. Ef stífleiki er ekki mikilvægur þáttur heldur kostnaður, þá býður BFRP upp á marktækt betri hagkvæmni en CFRP.
Að auki má íhuga BFRP/CFRP blendingshönnun til að hámarka kostnað.
Einnig er hægt að nota endanlega þáttagreiningu (FEA) til að herma eftir tilteknum íhlutum (eins og flugskrokk), þar sem þyngd og kostnað BFRP og CFRP eru bornir saman við jafngilda öryggisþætti til að ákvarða efnisval byggt á gögnum.
