Pourquoi les tissus tricotés en fibre de carbone à multi-axes sont-ils devenus la nouvelle coqueluche de l’« économie de basse altitude » ?

Quelles nouvelles exigences le développement de l’économie à basse altitude impose-t-il aux matériaux ?

Pour les drones et les eVTOL, la « légèreté » ne signifie pas simplement une réduction du poids.

Réduire le poids d’un aéronef permet de diminuer sa consommation d’énergie en vol, d’allonger sa durée de vol et d’augmenter sa capacité de charge utile. Par conséquent, réduire au minimum le poids structurel tout en garantissant la sécurité et la rigidité structurelles constitue depuis toujours un défi majeur dans la conception des aéronefs à basse altitude.

Parallèlement, les aéronefs à basse altitude doivent également faire face à des conditions de chargement complexes.

Le fuselage, les bras, les ailes, les hélices et les structures de liaison subissent, en vol, divers types de charges, notamment des efforts de traction, de compression, de flexion, de torsion et de vibration.

Cela signifie que le matériau structural idéal doit non seulement présenter une résistance et une rigidité élevées, mais aussi pouvoir être spécifiquement conçu pour s’adapter à la direction des forces agissant sur différentes parties de la structure.

C’est précisément là que résident les avantages des tissus tricotés à mailles continues en fibre de carbone multiaxiale.

Qu’est-ce qu’un tissu tricoté à mailles continues en fibre de carbone multiaxiale ?

Contrairement aux tissages courants en fibre de carbone à 0°/90°, en armure toile ou en armure sergé, les tissus tricotés dans le sens de la chaîne multi-axiaux ne se contentent pas d’entrelacer simplement les fibres.

Ils permettent de disposer les fibres de carbone selon différentes orientations, telles que :

des combinaisons de 0°, ±45° et 90°, entre autres.

Les fibres orientées différemment supportent les charges dans des directions distinctes, tandis que les fils tricotés dans le sens de la chaîne maintiennent fermement les couches individuelles de fibres afin de former un ensemble cohérent.

Cette structure permet d’ajuster l’orientation des fibres du matériau de façon plus précise aux conditions réelles de contrainte subies par le produit.

En résumé :

là où une force doit être résistée dans une direction donnée, davantage de fibres peuvent être disposées dans cette direction.

Cela rend également les tissus en fibre de carbone tricotés dans le sens de la chaîne multi-axiaux particulièrement adaptés aux structures des aéronefs et des véhicules volants à basse altitude, qui exigent à la fois de hautes performances structurelles et un faible poids.

Pourquoi sont-ils particulièrement adaptés aux drones ?

1. Support de charges multidirectionnel pour répondre à des exigences de charge complexes

Les drones ne subissent pas de forces provenant d’une seule direction.

Par exemple, pendant le vol, les bras sont simultanément soumis à des charges telles que la flexion, la torsion et les vibrations.

Si l’on utilise uniquement des stratifiés de fibres unidirectionnels, il est difficile de satisfaire aux exigences mécaniques dans différentes directions.

En revanche, les structures multiaxiales permettent une conception mécanique plus rationnelle grâce à la combinaison de fibres orientées selon différents angles, tels que 0°, ±45° et 90°.

Plus précisément :

fibres à 0° supportent principalement les charges de traction et de compression longitudinales ;

fibres à ±45° améliorent la résistance de la structure aux charges de cisaillement et de torsion ;

tout en fibres à 90° aide à améliorer la stabilité latérale.

En combinant des fibres selon différents angles, une conception structurelle porteuse plus rationnelle peut être obtenue.

2. Avantages exceptionnels en matière de réduction de poids

Pour les aéronefs, même une légère réduction du poids structurel peut produire des gains de performance tangibles.

La fibre de carbone possède intrinsèquement une résistance spécifique et une rigidité spécifique élevées, offrant des avantages significatifs pour la réalisation d’une structure allégée.

En outre, les tissus tricotés chaîne multi-axiaux permettent d’ajuster l’orientation des fibres en fonction des caractéristiques de charge du produit, réduisant ainsi les superpositions inutiles de matériaux tout en satisfaisant aux exigences de performance structurelle.

Par conséquent, cette approche ne consiste pas simplement à « remplacer des matériaux plus lourds par des matériaux plus légers », mais plutôt à réaliser un allégement structurel grâce à l’optimisation de l’orientation des fibres.

Pourquoi les tissus tricotés chaîne multidirectionnels suscitent-ils davantage d’intérêt que les tissus traditionnels ?

En plus de leurs propriétés mécaniques, les tissus tricotés à mailles orientées multi-axiales offrent un autre avantage significatif : l’efficacité du positionnement.

Dans les procédés traditionnels de fabrication de composites, les fibres orientées dans différentes directions doivent souvent être découpées et positionnées séparément, puis empilées en plusieurs couches conformément aux exigences de conception.

Les tissus tricotés à mailles orientées multi-axiales, en revanche, permettent de combiner à l’avance des fibres orientées dans plusieurs directions au sein d’un seul matériau intégré. Cela signifie que, pour certaines structures, le nombre d’étapes de positionnement peut être réduit, améliorant ainsi l’efficacité du placement des matériaux.

Cela revêt une importance particulière pour la future production de masse d’aéronefs à basse altitude.

En effet, à mesure que les drones passent d’une « personnalisation à petite échelle » à une « production de masse », les matériaux doivent non seulement répondre aux exigences de performance, mais aussi prendre en compte :

l’efficacité de production, l’utilisation des matériaux, la stabilité du procédé et les coûts de fabrication.

Par conséquent, la valeur des tissus tricotés à mailles ouvertes multi-axiaux réside non seulement dans leurs « performances matérielles », mais aussi dans leur « efficacité de fabrication ».

Où les tissus tricotés à mailles ouvertes multi-axiaux en fibre de carbone pourraient-ils être utilisés à l’avenir ?

À mesure que l’économie de basse altitude se développe continuellement, la utilisation des matériaux multi-axiaux en fibre de carbone ne se limite pas à des composants individuels.

Les domaines à surveiller à l’avenir comprennent :

1. Structures de fuselage d’UAV

Utilisés dans les coques de fuselage, les structures porteuses et d’autres composants afin de réduire le poids et de renforcer la structure.

2. Bras d’UAV

En combinant des fibres orientées dans différentes directions, la résistance à la flexion et à la torsion des bras est améliorée.

3. Ailes et structures d’ailes

L'orientation des fibres est conçue en fonction des caractéristiques de charge des différentes zones de l'aile afin d'optimiser la structure.

4. Fuselage eVTOL et structures portantes internes

Répondre aux exigences globales des grands aéronefs en matière de haute résistance, de construction légère et de stabilité structurelle.

5. Rotors et autres composants composites

Concevoir les empilements de fibres selon les directions de charge spécifiques afin de fournir des solutions matériaux pour des structures composites complexes.

Weinuo : Fourniture de matériaux en fibre de carbone pour les aéronefs à basse altitude

En tant que fournisseur de composites en fibre de carbone, Weinuo propose une gamme de produits y compris tissus tissés en fibre de carbone tissus renforcés unidirectionnels, préimprégnés (prepregs), tissus tricotés à mailles multiples, panneaux en fibre de carbone et composants usinés CNC, et possède des capacités complètes de transformation couvrant l'ensemble de la chaîne, depuis les matières premières jusqu'aux produits semi-finis.

En particulier, la ligne de production de tissus tricotés à mailles enduites en fibre de carbone multiaxiale est capable de fournir des solutions matériaux avec des orientations de fibres et des combinaisons de grammages variées afin de répondre aux diverses exigences de conception structurelle des clients.

Face au développement rapide de l’économie de basse altitude, l’innovation matériaux émerge comme un moteur clé de l’allègement des aéronefs.

À l’avenir, les tissus tricotés à mailles enduites en fibre de carbone multiaxiale pourraient bien devenir l’un des matériaux clés permettant à davantage d’aéronefs de basse altitude de « prendre leur envol avec une charge plus légère ».