Изводливост на примена на базалтни влакна на мали беспилотни летала
Преглед на својствата на Полимер зајакнат со базалтни влакна (bfrp)
Земајќи како пример пултрудиран лим со дебелина од 5 mm, неговите типични физички параметри се следниве: - Затегнувачка цврстина: ≥500 MPa
- Модул на еластичност: ≥40 GPa
- Густина: 1,8–2,0 g/cm³
- Издолжување при кинење: 2,5–3,0%
- Отпорност на корозијаОдлично (отпорно на киселини, алкалии и УВ зрачење)
- Коефициент на топлинска експанзија: Сличен на бетон; добри перформанси на ниски температури
Анализа на изводливоста на примената во мали беспилотни летала
- Предности
- Потенцијал за намалување на тежината: Со густина помала од онаа на алуминиумската легура (2,7 g/cm³), овозможува намалување на структурната тежина, со што се подобрува издржливоста на летот и маневрирањето.
- Специфична цврстина и специфичен модул: Специфична цврстина (цврстина/густина): ≈250–280 MPa·cm³/g, супериорна во однос на алуминиумската легура (≈140), но помала од јаглеродните влакна (≈600).
- Специфичен модул (модул/густина): ≈20–22 GPa·cm³/g, споредлив со алуминиумска легура, но само една третина од онаа на јаглеродните влакна.
- Карактеристики на пригушување на вибрации: Повисок коефициент на пригушување од јаглеродните влакна, со што се намалуваат вибрациите во летот и се подобрува стабилноста на сензорот. • Електромагнетна транспарентност: Не се меша со комуникациските сигнали, што го прави погоден за радарски или антенски прегради.
- Отпорност на животната средина: Отпорен на влажна топлина и корозија, погоден за беспилотни летала во поморски или индустриски средини.
- Препорачани апликации
- Структури со средно до ниско оптоварување: рамки на трупот, потпори на опремата за слетување, ребра на крилата.
- Компоненти што не носат товар: држачи за антени, држачи за батерии, куќишта на сензори.
- Компоненти за специјални средини: Делови изложени на раствори од пестициди на земјоделски беспилотни летала, трупови на поморски беспилотни летала.
Споредба на трошоци и перформанси со јаглеродни влакна (CFRP)
Споредба: Базалтни влакна (BFRP) наспроти јаглеродни влакна (CFRP)
| Димензија | Базалт Полимер зајакнат со влакна (BFRP) | Полимер зајакнат со јаглеродни влакна (CFRP) |
| Трошоци за материјали | Плочи: приближно 60–100 RMB/kg (домашни) | Плочи: приближно 150–300 RMB/kg (одделение T300) |
| Специфична јачина | Средно (≈250) | Висок (≈600) |
| Специфичен модул | Релативно ниско (≈20) | Висок (≈60-100) |
| Отпорност на удар | Среден (поголема кршливост од CFRP) | Релативно висока (добра цврстина) |
| Трошоци за обработка | Пултрудираните плочи се лесни за обработка, но сложеното обликување бара дополнителни процеси. | Цената на топлото пресување со препрег е висока, но овозможува интегрирано лиење. |
| Издржливост | Добра отпорност на замор, одлична отпорност на корозија. | Одлични перформанси на замор, но бара заштита од галванска корозија. |
| Намалување на телесната тежина | Намалување на тежината од 20–30% во споредба со алуминиумската легура. | Намалување на тежината од 40–50% во споредба со алуминиумската легура. |
Анализа на сценарија за трошковна ефикасност
- Евтини приоритетни дронови (на пр., инспекција, земјоделски дронови): – BFRP може да замени некои компоненти од алуминиумска легура, со трошоци за 30-50% пониски од CFRP и супериорна отпорност на корозија, нудејќи висока целокупна исплатливост.
- Примени што бараат висока цврстина и лесен дизајн (на пр., тркачки дронови, дронови за воздушно фотографирање): – CFRP нуди значителна предност во модулот на еластичност, намалувајќи ја аеродинамичната деформација; иако е поскап, неговите перформанси се незаменливи.
- Примени со посебни функционални барања: Доколку е потребна електромагнетна транспарентност или намалување на пригушувањето/вибрациите, BFRP може да послужи како дополнителен материјал за специфични компоненти (на пр., радарски куполи).
- Технички предизвици и насоки за оптимизација
- Дизајн на хибридна структура: BFRP + CFRP ламинати: Локално поставување јаглеродни влакна во области со високи барања за цврстина за да се балансираат трошоците и перформансите.
- Подобрувања на процесот: Развивање на BFRP препреги или 3D печатени материјали зајакнати со влакна за да се подобри способноста за формирање комплексни структури.
- Технологија на спојување: Усвојте композитни споеви со лепливи заковки или ултразвучно заварување за да ја подобрите ефикасноста на спојките.
Врз основа на горенаведената анализа, BFRP е погоден за структури со средно до ниско оптоварување во мали беспилотни летала и нуди применлива вредност во однос на намалување на тежината, отпорност на корозија и намалување на амортизацијата/вибрациите; сепак, треба да се избегнува во области каде што е потребна висока цврстина. Ако цврстината не е критичен фактор, туку цената е, BFRP нуди значително подобра исплатливост од CFRP.
Дополнително, може да се разгледа хибриден дизајн BFRP/CFRP за оптимизирање на трошоците.
Анализата на конечни елементи (FEA) може да се користи и за симулирање на специфични компоненти (како што е конструкцијата на авионот), споредувајќи ја тежината и цената на BFRP и CFRP под еквивалентни фактори на безбедност за да се поттикне изборот на материјал врз основа на податоци.
