أصبحت المواد المركبة مواد مثالية لتصنيع الطائرات منخفضة الارتفاع بسبب وزنها الخفيف وقوتها العالية ومقاومتها للتآكل ومرونتها. في عصر الاقتصاد منخفض الارتفاع الذي يسعى إلى الكفاءة وعمر البطارية وحماية البيئة، فإن استخدام المواد المركبة لا يؤثر فقط على أداء وسلامة الطائرات، بل هو أيضًا المفتاح لتعزيز تطوير الصناعة بأكملها.
ألياف الكربونمادة مركبة
بفضل خفة وزنها وقوتها العالية ومقاومتها للتآكل وخصائصها الأخرى، أصبحت ألياف الكربون مادة مثالية لتصنيع الطائرات منخفضة الارتفاع. فهي لا تقلل من وزن الطائرات فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين الأداء والفوائد الاقتصادية، وتصبح بديلاً فعالاً للمواد المعدنية التقليدية. أكثر من 90% من المواد المركبة في السيارات السماوية هي ألياف الكربون، والباقي حوالي 10% هي ألياف زجاجية. في طائرات eVTOL، تُستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في المكونات الهيكلية وأنظمة الدفع، حيث تمثل حوالي 75-80%، بينما تمثل التطبيقات الداخلية مثل العوارض وهياكل المقاعد 12-14%، وتمثل أنظمة البطاريات ومعدات الطيران 8-12%.
الفيبرمادة مركبة من الزجاج
يلعب البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP)، بمقاومته للتآكل ومقاومته لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة ومقاومته للإشعاع ومقاومته للهب وخصائصه المضادة للشيخوخة، دورًا مهمًا في تصنيع الطائرات منخفضة الارتفاع مثل الطائرات بدون طيار. يساعد استخدام هذه المادة على تقليل وزن الطائرة وزيادة الحمولة وتوفير الطاقة وتحقيق تصميم خارجي جميل. لذلك، أصبح GFRP أحد المواد الرئيسية في الاقتصاد منخفض الارتفاع.
في عملية إنتاج الطائرات منخفضة الارتفاع، يتم استخدام قماش الألياف الزجاجية على نطاق واسع في تصنيع المكونات الهيكلية الرئيسية مثل هياكل الطائرات والأجنحة والذيل. تساعد خصائصه خفيفة الوزن على تحسين كفاءة رحلة الطائرة وتوفير قوة هيكلية واستقرار أقوى.
بالنسبة للمكونات التي تتطلب نفاذية ممتازة للموجات، مثل القباب الرادارية والأغطية، عادة ما يتم استخدام المواد المركبة من الألياف الزجاجية. على سبيل المثال، تستخدم الطائرات بدون طيار طويلة المدى عالية الارتفاع وطائرة RQ-4 "Global Hawk" التابعة للقوات الجوية الأمريكية مواد مركبة من ألياف الكربون لأجنحتها وذيلها وحجرة المحرك والجسم الخلفي، في حين أن القباب الرادارية والأغطية مصنوعة من مواد مركبة من الألياف الزجاجية لضمان نقل إشارة واضح.
يمكن استخدام قماش الألياف الزجاجية لصنع أغطية ونوافذ الطائرات، مما لا يعزز مظهر وجمال الطائرة فحسب، بل يعزز أيضًا راحة الرحلة. وبالمثل، في تصميم الأقمار الصناعية، يمكن أيضًا استخدام قماش الألياف الزجاجية لبناء الهيكل السطحي الخارجي للألواح الشمسية والهوائيات، وبالتالي تحسين مظهر وموثوقية الأقمار الصناعية.
ألياف الأراميدمادة مركبة
تتميز مادة نواة قرص العسل الورقية الأراميدية، المصممة بهيكل سداسي الشكل لقرص العسل الطبيعي الحيوي، بمتانتها النوعية الممتازة وصلابتها النوعية وثباتها الهيكلي. كما تتميز هذه المادة بعزل صوتي وحراري ممتازين، وخصائص مثبطة للهب، ودخان وسمية منخفضة للغاية أثناء الاحتراق. هذه الخصائص تجعلها تحتل مكانة رائدة في التطبيقات المتطورة في مجال الطيران ووسائل النقل عالية السرعة.
على الرغم من أن تكلفة مادة ورق الأراميد على شكل قرص العسل أعلى، إلا أنها غالبًا ما يتم اختيارها كمادة خفيفة الوزن أساسية للمعدات المتطورة مثل الطائرات والصواريخ والأقمار الصناعية، وخاصة في تصنيع المكونات الهيكلية التي تتطلب نفاذية الموجات ذات النطاق العريض والصلابة العالية.
فوائد خفيفة الوزن
باعتبارها مادة أساسية في هيكل جسم الطائرة، تلعب ورق الأراميد دورًا حيويًا في الطائرات الاقتصادية الرئيسية منخفضة الارتفاع مثل eVTOL، وخاصةً كطبقة شطيرة قرص العسل من ألياف الكربون.
في مجال المركبات الجوية غير المأهولة، يتم استخدام مادة قرص العسل Nomex (ورق الأراميد) أيضًا على نطاق واسع، حيث يتم استخدامها في غلاف جسم الطائرة وجلد الجناح والحافة الأمامية وأجزاء أخرى.
آخرمواد مركبة شطيرة
بالإضافة إلى استخدام المواد المقواة مثل ألياف الكربون والألياف الزجاجية وألياف الأراميد في عملية التصنيع، تستخدم الطائرات منخفضة الارتفاع، مثل المركبات الجوية غير المأهولة، على نطاق واسع مواد هيكلية مثل قرص العسل والفيلم والبلاستيك الرغوي والغراء الرغوي.
في اختيار مواد الساندويتش، يتم استخدام ساندوتش قرص العسل (مثل قرص العسل الورقي، قرص العسل Nomex، إلخ)، والساندويتش الخشبي (مثل خشب البتولا، والباولونيا، والصنوبر، والزيزفون، إلخ) وساندويتش الرغوة (مثل البولي يوريثين، وكلوريد البولي فينيل، ورغوة البوليسترين، إلخ).
تم استخدام هيكل الساندويتش الرغوي على نطاق واسع في هيكل هياكل الطائرات بدون طيار بسبب خصائصه المقاومة للماء والطفو والمزايا التكنولوجية المتمثلة في قدرته على ملء تجاويف الهيكل الداخلي للجناح وجناح الذيل ككل.
عند تصميم الطائرات بدون طيار منخفضة السرعة، تُستخدم عادةً هياكل الساندويتش العسلية للأجزاء ذات متطلبات القوة المنخفضة والأشكال المنتظمة والأسطح المنحنية الكبيرة وسهلة التصميم، مثل أسطح تثبيت الجناح الأمامي والأسطح الرأسية لتثبيت الذيل والأسطح المثبتة للجناح، إلخ. بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة والأسطح المنحنية الصغيرة، مثل أسطح المصاعد وأسطح الدفة وأسطح دفة الجنيحات، إلخ، تُفضل هياكل الساندويتش الرغوية. بالنسبة لهياكل الساندويتش التي تتطلب قوة أعلى، يمكن اختيار هياكل الساندويتش الخشبية. بالنسبة للأجزاء التي تتطلب قوة وصلابة عالية، مثل غلاف جسم الطائرة، والعارضة T، والعارضة L، إلخ، عادةً ما يُستخدم الهيكل الرقائقي. يتطلب تصنيع هذه المكونات التشكيل المسبق، ووفقًا لمتطلبات صلابة المستوى المطلوبة، وقوة الانحناء، وصلابة الالتواء، والقوة، يتم اختيار الألياف المقواة المناسبة، ومادة المصفوفة، ومحتوى الألياف والصفائح، وتصميم زوايا وضع مختلفة، وطبقات وتسلسل طبقات، والتصلب من خلال درجات حرارة تسخين وضغوط ضغط مختلفة.
وقت النشر: ٢٢ نوفمبر ٢٠٢٤
