Vật liệu composite đã trở thành vật liệu lý tưởng để chế tạo máy bay bay ở độ cao thấp nhờ trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và tính dẻo. Trong kỷ nguyên kinh tế hàng không tầm thấp hướng đến hiệu quả, tuổi thọ pin và bảo vệ môi trường, việc sử dụng vật liệu composite không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất và độ an toàn của máy bay mà còn là chìa khóa thúc đẩy sự phát triển của toàn ngành.
Sợi carbonvật liệu tổng hợp
Nhờ đặc tính nhẹ, độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và nhiều đặc điểm khác, sợi carbon đã trở thành vật liệu lý tưởng để chế tạo máy bay tầm thấp. Nó không chỉ giúp giảm trọng lượng máy bay mà còn cải thiện hiệu suất và lợi ích kinh tế, trở thành vật liệu thay thế hiệu quả cho các vật liệu kim loại truyền thống. Hơn 90% vật liệu composite trong máy bay tầm thấp là sợi carbon, và khoảng 10% còn lại là sợi thủy tinh. Trong máy bay eVTOL, sợi carbon được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận cấu trúc và hệ thống đẩy, chiếm khoảng 75-80%, trong khi các ứng dụng bên trong như dầm và cấu trúc ghế chiếm 12-14%, và hệ thống pin và thiết bị điện tử hàng không chiếm 8-12%.
Sợivật liệu composite thủy tinh
Nhựa gia cường sợi thủy tinh (GFRP), với khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao và thấp, chống bức xạ, chống cháy và chống lão hóa, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất các loại máy bay tầm thấp như máy bay không người lái. Việc ứng dụng vật liệu này giúp giảm trọng lượng máy bay, tăng tải trọng, tiết kiệm năng lượng và đạt được thiết kế ngoại hình đẹp mắt. Do đó, GFRP đã trở thành một trong những vật liệu chủ chốt trong lĩnh vực hàng không tầm thấp.
Trong quy trình sản xuất máy bay tầm thấp, vải sợi thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các bộ phận cấu trúc quan trọng như khung máy bay, cánh và đuôi. Đặc tính nhẹ của nó giúp cải thiện hiệu suất bay hành trình và cung cấp độ bền và ổn định cấu trúc cao hơn.
Đối với các bộ phận yêu cầu khả năng truyền sóng tuyệt vời, chẳng hạn như vòm radar và vỏ bọc, vật liệu composite sợi thủy tinh thường được sử dụng. Ví dụ, UAV tầm xa bay ở độ cao lớn và UAV RQ-4 “Global Hawk” của Không quân Hoa Kỳ sử dụng vật liệu composite sợi carbon cho cánh, đuôi, khoang động cơ và thân sau, trong khi vòm radar và vỏ bọc được làm bằng vật liệu composite sợi thủy tinh để đảm bảo truyền tín hiệu rõ ràng.
Vải sợi thủy tinh có thể được sử dụng để làm vỏ bọc và cửa sổ máy bay, không chỉ giúp tăng vẻ ngoài và tính thẩm mỹ của máy bay mà còn nâng cao sự thoải mái khi bay. Tương tự, trong thiết kế vệ tinh, vải sợi thủy tinh cũng có thể được sử dụng để xây dựng cấu trúc bề mặt ngoài của các tấm pin mặt trời và ăng-ten, từ đó cải thiện vẻ ngoài và độ tin cậy chức năng của vệ tinh.
Sợi Aramidvật liệu tổng hợp
Vật liệu lõi tổ ong bằng giấy aramid được thiết kế với cấu trúc lục giác của tổ ong sinh học tự nhiên được đánh giá cao nhờ độ bền riêng, độ cứng riêng và độ ổn định cấu trúc tuyệt vời. Ngoài ra, vật liệu này còn có khả năng cách âm, cách nhiệt và chống cháy tốt, đồng thời lượng khói và độc tính sinh ra trong quá trình cháy rất thấp. Những đặc điểm này giúp nó chiếm vị trí quan trọng trong các ứng dụng cao cấp của ngành hàng không vũ trụ và các phương tiện giao thông tốc độ cao.
Mặc dù chi phí vật liệu lõi tổ ong bằng giấy aramid cao hơn, nhưng nó thường được chọn làm vật liệu nhẹ chủ chốt cho các thiết bị cao cấp như máy bay, tên lửa và vệ tinh, đặc biệt là trong sản xuất các cấu kiện kết cấu đòi hỏi khả năng truyền sóng băng thông rộng và độ cứng cao.
Lợi ích nhẹ
Là một vật liệu cấu trúc thân máy bay quan trọng, giấy aramid đóng vai trò thiết yếu trong các loại máy bay tầm thấp tiết kiệm chi phí như eVTOL, đặc biệt là khi được sử dụng làm lớp sandwich dạng tổ ong sợi carbon.
Trong lĩnh vực máy bay không người lái, vật liệu dạng tổ ong Nomex (giấy aramid) cũng được sử dụng rộng rãi, được dùng trong vỏ thân máy bay, lớp vỏ cánh, mép trước và các bộ phận khác.
Khácvật liệu composite dạng sandwich
Các loại máy bay bay ở độ cao thấp, chẳng hạn như máy bay không người lái, ngoài việc sử dụng các vật liệu gia cường như sợi carbon, sợi thủy tinh và sợi aramid trong quá trình sản xuất, còn sử dụng rộng rãi các vật liệu cấu trúc dạng sandwich như tổ ong, màng, nhựa xốp và keo xốp.
Trong việc lựa chọn vật liệu sandwich, các loại thường được sử dụng là sandwich dạng tổ ong (như tổ ong giấy, tổ ong Nomex, v.v.), sandwich bằng gỗ (như gỗ bạch dương, gỗ paulownia, gỗ thông, gỗ đoạn, v.v.) và sandwich bằng xốp (như polyurethane, polyvinyl clorua, xốp polystyrene, v.v.).
Cấu trúc dạng sandwich xốp được sử dụng rộng rãi trong cấu trúc khung máy bay UAV nhờ đặc tính chống thấm nước và nổi, cùng với ưu điểm công nghệ là có thể lấp đầy các khoang rỗng bên trong cấu trúc cánh và đuôi máy bay một cách toàn diện.
Khi thiết kế UAV tốc độ thấp, cấu trúc sandwich dạng tổ ong thường được sử dụng cho các bộ phận có yêu cầu về độ bền thấp, hình dạng đều đặn, bề mặt cong lớn và dễ bố trí, chẳng hạn như bề mặt ổn định cánh trước, bề mặt ổn định đuôi đứng, bề mặt ổn định cánh, v.v. Đối với các bộ phận có hình dạng phức tạp và bề mặt cong nhỏ, chẳng hạn như bề mặt cánh nâng, bề mặt bánh lái, bề mặt bánh lái cánh phụ, v.v., cấu trúc sandwich bằng xốp được ưu tiên hơn. Đối với cấu trúc sandwich yêu cầu độ bền cao hơn, có thể lựa chọn cấu trúc sandwich bằng gỗ. Đối với các bộ phận yêu cầu cả độ bền cao và độ cứng cao, chẳng hạn như vỏ thân máy bay, dầm chữ T, dầm chữ L, v.v., cấu trúc nhiều lớp thường được sử dụng. Việc sản xuất các bộ phận này yêu cầu tạo hình sơ bộ, và theo yêu cầu về độ cứng trong mặt phẳng, độ bền uốn, độ cứng xoắn và độ bền, lựa chọn sợi gia cường, vật liệu nền, hàm lượng sợi và vật liệu nhiều lớp phù hợp, thiết kế các góc đặt, lớp và trình tự xếp lớp khác nhau, và xử lý bằng các nhiệt độ gia nhiệt và áp suất khác nhau.
Thời gian đăng bài: 22/11/2024
