Bazalto pluošto pritaikymo mažoms bepiločių orlaivių konstrukcijoms galimybės
Savybių apžvalga Bazalto pluoštu armuotas polimeras (bfrp)
Pavyzdžiui, 5 mm storio pultruzijos būdu pagaminto lakšto tipiniai fiziniai parametrai yra šie: - Tempimo stipris: ≥500 MPa
- Tamprumo modulis: ≥40 GPa
- Tankis: 1,8–2,0 g/cm³
- Pailgėjimas lūžio metu: 2,5–3,0 %
- Atsparumas korozijaiPuikus (atsparus rūgštims, šarmams ir UV spinduliams)
- Šiluminio plėtimosi koeficientas: panašus į betono; geras veikimas žemoje temperatūroje
Taikymo mažose bepiločių orlaivių konstrukcijose galimybių analizė
- Privalumai
- Svorio mažinimo potencialas: Dėl mažesnio tankio nei aliuminio lydinio (2,7 g/cm³), jis leidžia sumažinti konstrukcijos svorį, taip pagerinant skrydžio ištvermę ir manevringumą.
- Savitasis stipris ir savitasis modulis: Savitasis stipris (stipris / tankis): ≈250–280 MPa·cm³/g, geresnis nei aliuminio lydinio (≈140), bet mažesnis nei anglies pluošto (≈600).
- Savitasis modulis (modulis / tankis): ≈20–22 GPa·cm³/g, panašus į aliuminio lydinio, bet tik trečdalį anglies pluošto.
- Vibracijos slopinimo charakteristikos: didesnis slopinimo koeficientas nei anglies pluošto, sumažina skrydžio vibracijas ir pagerina jutiklio stabilumą. • Elektromagnetinis skaidrumas: netrukdo ryšio signalams, todėl tinka radarų ar antenų skyriams.
- Atsparumas aplinkos poveikiui: Atsparus drėgnam karščiui ir korozijai, tinka bepiločiams orlaiviams jūrų ar pramoninėje aplinkoje.
- Rekomenduojamos programos
- Vidutinės ir mažos apkrovos konstrukcijos: fiuzeliažo rėmai, važiuoklės atramos, sparnų šonkauliai.
- Nelaikančiosios sudedamosios dalys: antenų laikikliai, akumuliatorių dėklai, jutiklių korpusai.
- Komponentai specialioms aplinkoms: Žemės ūkio bepiločių orlaivių dalys, veikiamos pesticidų tirpalų, jūrinių bepiločių orlaivių korpusai.
Sąnaudų ir našumo palyginimas su anglies pluoštu (CFRP)
Palyginimas: Bazalto pluoštas (BFRP) palyginti su anglies pluoštu (CFRP)
| Matmuo | Bazaltas Pluoštu armuotas polimeras (BFRP) | Anglies pluoštu armuotas polimeras (CFRP) |
| Medžiagų kaina | Lėkštės: apie 60–100 RMB/kg (vietinės) | Plokštės: apie 150–300 RMB/kg (T300 klasės) |
| Specifinis stiprumas | Vidutinis (≈250) | Aukštas (≈600) |
| Specifinis modulis | Santykinai žemas (≈20) | Aukštas (≈60–100) |
| Atsparumas smūgiams | Vidutinis (didesnis trapumas nei CFRP) | Santykinai aukštas (geras tvirtumas) |
| Apdorojimo kaina | Pultruduotos plokštės yra lengvai apdorojamos, tačiau sudėtingam liejimui reikalingi papildomi procesai. | Preprego karšto presavimo kaina yra didelė, tačiau leidžia integruotai formuoti. |
| Patvarumas | Geras atsparumas nuovargiui, puikus atsparumas korozijai. | Puikios nuovargio savybės, tačiau reikalinga apsauga nuo galvaninės korozijos. |
| Svorio mažinimas | 20–30 % mažesnis svoris, palyginti su aliuminio lydiniu. | 40–50 % mažesnis svoris, palyginti su aliuminio lydiniu. |
Sąnaudų efektyvumo scenarijaus analizė
- Pigūs prioritetiniai dronai (pvz., apžiūros, žemės ūkio dronai): – BFRP gali pakeisti kai kuriuos aliuminio lydinių komponentus, o jo kaina yra 30–50 % mažesnė nei CFRP ir jis yra atsparesnis korozijai, todėl užtikrinamas didelis bendras ekonomiškumas.
- Taikymo sritys, kurioms reikalingas didelis standumas ir lengvas dizainas (pvz., lenktyniniai dronai, aerofotografijos dronai): – CFRP pasižymi dideliu elastingumo modulio pranašumu, mažindamas aerodinaminę deformaciją; nors ir brangesnis, jo savybės yra nepakeičiamos.
- Taikymo sritys su specialiais funkciniais reikalavimais: jei reikalingas elektromagnetinis skaidrumas arba slopinimas / vibracijos mažinimas, BFRP gali būti naudojama kaip papildoma medžiaga konkretiems komponentams (pvz., radarų kupolams).
- Techniniai iššūkiai ir optimizavimo kryptys
- Hibridinės konstrukcijos dizainas: BFRP + CFRP laminatai: Anglies pluoštas klojamas vietose, kurioms keliami dideli standumo reikalavimai, siekiant subalansuoti kainą ir našumą.
- Proceso tobulinimas: sukurti BFRP prepregus arba 3D spausdintas pluoštu armuotas medžiagas, siekiant pagerinti gebėjimą formuoti sudėtingas struktūras.
- Jungimo technologija: siekiant pagerinti jungčių efektyvumą, naudokite klijais sujungtas kompozicines jungtis arba ultragarsinį suvirinimą.
Remiantis aukščiau pateikta analize, BFRP tinka vidutinės ir mažos apkrovos konstrukcijoms mažuose bepiločiuose orlaiviuose ir pasižymi pritaikomumu svorio mažinimo, atsparumo korozijai ir slopinimo / vibracijos mažinimo požiūriu; tačiau jo reikėtų vengti tose srityse, kur reikalingas didelis standumas. Jei standumas nėra lemiamas veiksnys, bet kaina yra, BFRP pasižymi žymiai geresniu ekonomiškumu nei CFRP.
Be to, siekiant optimizuoti sąnaudas, galima apsvarstyti BFRP/CFRP hibridinio dizaino galimybę.
Baigtinių elementų analizė (FEA) taip pat gali būti naudojama modeliuojant konkrečius komponentus (pvz., lėktuvo korpusą), lyginant BFRP ir CFRP svorį ir kainą esant lygiaverčiams saugos koeficientams, siekiant pagrįsti medžiagų pasirinkimą duomenimis.
