سنساعدك على فهم المواد المركبة المستخدمة في الطائرات التي تحلق على ارتفاعات منخفضة

أصبحت المواد المركبة مواد مثالية لتصنيع الطائرات منخفضة الارتفاع نظرًا لخفة وزنها وقوتها العالية ومقاومتها للتآكل ومرونتها. في هذا العصر الذي يشهد اقتصادًا منخفض الارتفاع يسعى إلى الكفاءة وعمر البطارية وحماية البيئة، لا يؤثر استخدام المواد المركبة على أداء الطائرات وسلامتها فحسب، بل يُعد أيضًا مفتاحًا لتعزيز تطوير الصناعة بأكملها.

ألياف الكربونمادة مركبة
بفضل خفة وزنها وقوتها العالية ومقاومتها للتآكل وغيرها من الخصائص، أصبحت ألياف الكربون مادة مثالية لتصنيع الطائرات منخفضة الارتفاع. فهي لا تُسهم فقط في تقليل وزن الطائرة، بل تُحسّن أيضًا من أدائها وفوائدها الاقتصادية، وتُصبح بديلاً فعالاً للمواد المعدنية التقليدية. أكثر من 90% من المواد المركبة في الطائرات هي ألياف الكربون، بينما تُشكّل الألياف الزجاجية النسبة المتبقية البالغة 10% تقريبًا. في طائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL)، تُستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في المكونات الهيكلية وأنظمة الدفع، بنسبة تتراوح بين 75 و80%، بينما تُشكّل التطبيقات الداخلية مثل العوارض وهياكل المقاعد نسبة تتراوح بين 12 و14%، وأنظمة البطاريات ومعدات إلكترونيات الطيران نسبة تتراوح بين 8 و12%.

الفيبرمادة مركبة من الزجاج
يلعب البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP)، بفضل مقاومته للتآكل، ومقاومته لدرجات الحرارة العالية والمنخفضة، ومقاومته للإشعاع، ومثبطات اللهب، وخصائصه المضادة للشيخوخة، دورًا هامًا في صناعة الطائرات منخفضة الارتفاع مثل الطائرات بدون طيار. ويساهم استخدام هذه المادة في تقليل وزن الطائرة، وزيادة حمولتها، وتوفير الطاقة، وتحقيق تصميم خارجي أنيق. ولذلك، أصبح البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية أحد المواد الأساسية في اقتصاد الطائرات منخفضة الارتفاع.
في عملية إنتاج الطائرات منخفضة الارتفاع، يستخدم قماش الألياف الزجاجية على نطاق واسع في تصنيع المكونات الهيكلية الرئيسية مثل هياكل الطائرات والأجنحة والذيل. تساعد خصائصه خفيفة الوزن على تحسين كفاءة الطيران وتوفير قوة هيكلية واستقرار أكبر.
بالنسبة للمكونات التي تتطلب نفاذية ممتازة للموجات، مثل أغطية الرادار والغطاءات الانسيابية، تُستخدم عادةً مواد مركبة من الألياف الزجاجية. على سبيل المثال، تستخدم الطائرة بدون طيار بعيدة المدى عالية الارتفاع وطائرة RQ-4 "غلوبال هوك" التابعة لسلاح الجو الأمريكي مواد مركبة من ألياف الكربون لأجنحتها وذيلها وحجرة محركها وجسمها الخلفي، بينما يُصنع غطاء الرادار والغطاء الانسيابي من مواد مركبة من الألياف الزجاجية لضمان نقل إشارة واضح.
يمكن استخدام قماش الألياف الزجاجية في صناعة أغطية الطائرات ونوافذها، مما لا يُحسّن مظهر الطائرة وجمالها فحسب، بل يُحسّن أيضًا راحة الرحلة. وبالمثل، في تصميم الأقمار الصناعية، يمكن استخدام قماش الألياف الزجاجية أيضًا لبناء الهيكل الخارجي للألواح الشمسية والهوائيات، مما يُحسّن مظهر الأقمار الصناعية وموثوقيتها الوظيفية.

ألياف الأراميدمادة مركبة
تُحظى مادة لب الورق الأراميد على شكل قرص العسل، المصممة ببنية سداسية تحاكي قرص العسل الطبيعي، بتقدير كبير لقوتها النوعية وصلابتها النوعية واستقرارها الهيكلي الممتاز. إضافةً إلى ذلك، تتميز هذه المادة بعزل صوتي وحراري جيد، ومقاومة عالية للاشتعال، كما أن الدخان والسمية الناتجين عن احتراقها منخفضان للغاية. هذه الخصائص تجعلها مناسبة للتطبيقات المتطورة في مجال الطيران والفضاء ووسائل النقل فائقة السرعة.
على الرغم من أن تكلفة مادة قلب قرص العسل المصنوعة من ورق الأراميد أعلى، إلا أنها غالباً ما يتم اختيارها كمادة خفيفة الوزن رئيسية للمعدات المتطورة مثل الطائرات والصواريخ والأقمار الصناعية، وخاصة في تصنيع المكونات الهيكلية التي تتطلب نفاذية موجية واسعة النطاق وصلابة عالية.
فوائد خفيفة الوزن　　
باعتبارها مادة أساسية في هيكل جسم الطائرة، تلعب ورق الأراميد دورًا حيويًا في الطائرات الاقتصادية الرئيسية منخفضة الارتفاع مثل eVTOL، وخاصة كطبقة ساندويتش من ألياف الكربون على شكل قرص العسل.
في مجال المركبات الجوية غير المأهولة، تُستخدم مادة نومكس على شكل قرص العسل (ورق الأراميد) على نطاق واسع أيضًا، حيث تُستخدم في هيكل جسم الطائرة، وجلد الجناح، والحافة الأمامية، وأجزاء أخرى.

آخرمواد مركبة ساندويتشية
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 أيضًا مواد هيكلية مركبة مثل قرص العسل والأغشية والبلاستيك الرغوي والغراء الرغوي.
في اختيار مواد الساندويتش، يشيع استخدام الساندويتش المصنوع من قرص العسل (مثل قرص العسل الورقي، وقرص العسل نومكس، وما إلى ذلك)، والساندويتش الخشبي (مثل خشب البتولا، وخشب الباولونيا، وخشب الصنوبر، وخشب الزيزفون، وما إلى ذلك)، والساندويتش المصنوع من الرغوة (مثل البولي يوريثان، وكلوريد البولي فينيل، ورغوة البوليسترين، وما إلى ذلك).
لقد تم استخدام هيكل الساندويتش الرغوي على نطاق واسع في هيكل هياكل الطائرات بدون طيار نظرًا لخصائصه المقاومة للماء والطفو والمزايا التكنولوجية المتمثلة في القدرة على ملء تجاويف الهيكل الداخلي للجناح وجناح الذيل ككل.
عند تصميم الطائرات بدون طيار منخفضة السرعة، تُستخدم عادةً هياكل الساندويتش ذات الشكل السداسي للأجزاء ذات متطلبات القوة المنخفضة، والأشكال المنتظمة، والأسطح المنحنية الكبيرة، وسهولة التشكيل، مثل أسطح تثبيت الجناح الأمامي، وأسطح تثبيت الذيل الرأسي، وأسطح تثبيت الجناح، وما إلى ذلك. أما بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة والأسطح المنحنية الصغيرة، مثل أسطح المصعد، وأسطح الدفة، وأسطح دفة الجنيح، وما إلى ذلك، فيُفضل استخدام هياكل الساندويتش الرغوية. بالنسبة لهياكل الساندويتش التي تتطلب قوة أعلى، يمكن اختيار هياكل الساندويتش الخشبية. أما بالنسبة للأجزاء التي تتطلب كلاً من القوة العالية والصلابة العالية، مثل غلاف جسم الطائرة، والعوارض على شكل حرف T، والعوارض على شكل حرف L، وما إلى ذلك، فيُستخدم عادةً الهيكل الرقائقي. يتطلب تصنيع هذه المكونات تشكيلًا أوليًا، وبناءً على متطلبات الصلابة المستوية، وقوة الانحناء، وصلابة الالتواء، ومتطلبات القوة، يتم اختيار الألياف المقواة المناسبة، ومادة المصفوفة، ومحتوى الألياف، والرقائق، وتصميم زوايا التشكيل المختلفة، والطبقات، وتسلسل الطبقات، والمعالجة من خلال درجات حرارة تسخين وضغوط مختلفة.