लहान UAV संरचनांमध्ये बॅसाल्ट फायबर वापरण्याची व्यवहार्यता

गुणधर्मांचे विहंगावलोकन बॅसाल्ट फायबर प्रबलित पॉलिमर (बीएफआरपी)

५ मिमी जाडीच्या पल्ट्रुडेड शीटचे उदाहरण घेतल्यास, त्याचे वैशिष्ट्यपूर्ण भौतिक मापदंड खालीलप्रमाणे आहेत: - तन्यता शक्ती: ≥५०० MPa

- स्थितिस्थापकता मापांक: ≥४० GPa

घनता: १.८–२.० ग्रॅम/सेमी³

- तुटताना होणारे प्रसरण: २.५–३.०%

- गंजरोधकउत्कृष्ट (आम्ल, अल्कली आणि अतिनील किरणांना प्रतिरोधक)

- औष्णिक प्रसरण गुणांक: काँक्रीटसारखाच; कमी तापमानात उत्तम कार्यक्षमता

लहान UAV संरचनांमध्ये अनुप्रयोगाचे व्यवहार्यता विश्लेषण

1. फायदे

• वजन कमी करण्याची क्षमता: ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या (२.७ ग्रॅम/सेमी³) घनतेपेक्षा कमी असल्यामुळे, संरचनेचे वजन कमी करणे शक्य होते, ज्यामुळे उड्डाणाचा कालावधी आणि कुशलता सुधारते.
• विशिष्ट सामर्थ्य आणि विशिष्ट मापांक: विशिष्ट सामर्थ्य (सामर्थ्य/घनता): ≈250–280 MPa·cm³/g, ॲल्युमिनियम मिश्रधातू (≈140) पेक्षा श्रेष्ठ परंतु कार्बन फायबर (≈600) पेक्षा कमी.
• विशिष्ट मापांक (मापांक/घनता): ≈२०–२२ GPa·cm³/g, ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या तुलनीय परंतु कार्बन फायबरच्या केवळ एक-तृतीयांश.
• कंपन शमन वैशिष्ट्ये: कार्बन फायबरपेक्षा उच्च शमन गुणांक, ज्यामुळे उड्डाणातील कंपन कमी होते आणि सेन्सरची स्थिरता सुधारते. • विद्युतचुंबकीय पारदर्शकता: संप्रेषण संकेतांमध्ये व्यत्यय आणत नाही, ज्यामुळे ते रडार किंवा अँटेना कंपार्टमेंटसाठी योग्य ठरते.
• पर्यावरणीय प्रतिकारशक्ती: दमट उष्णता आणि क्षरणास प्रतिरोधक, सागरी किंवा औद्योगिक वातावरणातील UAV साठी उपयुक्त.

2. शिफारस केलेले अनुप्रयोग

• मध्यम ते कमी भार असलेल्या संरचना: विमानाचा सांगाडा, लँडिंग गिअरचे आधार, पंखांच्या बरगड्या.
• भार न पेलणारे घटक: अँटेना माउंट्स, बॅटरी ट्रे, सेन्सर हाउसिंग.
• विशेष वातावरणासाठीचे घटक: कृषी UAV वरील कीटकनाशक द्रावणांच्या संपर्कात येणारे भाग, सागरी UAV चे बाह्य कवच.

कार्बन फायबर (CFRP) सोबत खर्च-कार्यक्षमता तुलना

तुलना: बॅसाल्ट फायबर (बीएफआरपी) विरुद्ध कार्बन फायबर (सीएफआरपी)

खर्च-कार्यक्षमता परिस्थिती विश्लेषण

1. कमी किमतीचे प्राधान्य असलेले ड्रोन (उदा., तपासणी, कृषी ड्रोन): – बीएफआरपी (BFRP) काही ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या घटकांची जागा घेऊ शकते, ज्याची किंमत सीएफआरपी (CFRP) पेक्षा ३०-५०% कमी असते आणि त्यात उत्कृष्ट गंज-प्रतिरोधकता असते, ज्यामुळे उच्च एकूण खर्च-कार्यक्षमता मिळते.
2. उच्च कडकपणा आणि हलक्या वजनाच्या डिझाइनची आवश्यकता असलेले अनुप्रयोग (उदा., रेसिंग ड्रोन, एरियल फोटोग्राफी ड्रोन): – CFRP लवचिकतेच्या गुणांकामध्ये एक महत्त्वपूर्ण फायदा देते, ज्यामुळे वायुगतिकीय विकृती कमी होते; जरी ते अधिक महाग असले तरी, त्याची कामगिरी अतुलनीय आहे.
3. विशेष कार्यात्मक आवश्यकता असलेले अनुप्रयोग: जर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक पारदर्शकता किंवा डॅम्पिंग/व्हायब्रेशन कमी करणे आवश्यक असेल, तर BFRP विशिष्ट घटकांसाठी (उदा., रडार डोम्स) पूरक सामग्री म्हणून काम करू शकते.
4. तांत्रिक आव्हाने आणि ऑप्टिमायझेशनच्या दिशा
5. संकरित संरचना डिझाइन: BFRP + CFRP लॅमिनेट्स: खर्च आणि कार्यक्षमतेत संतुलन साधण्यासाठी, जास्त कडकपणाची आवश्यकता असलेल्या भागांमध्ये कार्बन फायबर स्थानिक पातळीवर थरबद्ध करणे.
6. प्रक्रियेतील सुधारणा: जटिल रचना तयार करण्याची क्षमता वाढवण्यासाठी बीएफआरपी प्रीप्रेग्स किंवा ३डी-प्रिंटेड फायबर-प्रबलित सामग्री विकसित करा.
7. जोडणी तंत्रज्ञान: जोडणीची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी चिकटवून-रिव्हेट केलेले संमिश्र जोड किंवा अल्ट्रासोनिक वेल्डिंगचा अवलंब करा.

वरील विश्लेषणानुसार, BFRP हे लहान UAV मधील मध्यम ते कमी भाराच्या संरचनांसाठी योग्य आहे आणि वजन कमी करणे, गंजरोधकता, तसेच कंपन/ध्वनी कमी करणे या दृष्टीने त्याचे उपयोजनात्मक मूल्य आहे; तथापि, उच्च दृढता आवश्यक असलेल्या भागांमध्ये त्याचा वापर टाळावा. जर दृढता हा महत्त्वाचा घटक नसेल, परंतु किंमत असेल, तर BFRP हे CFRP पेक्षा लक्षणीयरीत्या अधिक किफायतशीर ठरते.

याव्यतिरिक्त, खर्च कमी करण्यासाठी BFRP/CFRP संकरित डिझाइनचा विचार केला जाऊ शकतो.

फायनाईट एलिमेंट ॲनालिसिस (FEA) चा वापर विशिष्ट घटकांचे (जसे की एअरफ्रेम) सिम्युलेशन करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये डेटाच्या आधारावर सामग्री निवडीसाठी समतुल्य सुरक्षा घटकांतर्गत BFRP आणि CFRP च्या वजनाची आणि खर्चाची तुलना केली जाते.