Көпіршіктерді шығару үшін көміртегі талшығы неге идеалды материал болып табылады?

Алюминийдің салмағындай жеңіл және болаттан берік, көмірттік талшық дрондар үшін өнімділік шегін қайта анықтайды.

Дрондардың технологиясы тез дамып келеді — ауыл шаруашылығында зиянкестерді жоюдан логистика мен жеткізу қызметтеріне дейін, әскери барлау мен авариялық құтқару операцияларына дейін. Сондықтан материалдың таңдауы тікелей ұшу өнімділігінің жоғарғы шегін анықтайды. Көптеген қолжетімді нұсқалар ішінде көміртекті талшықты композиттер дрондардың орта және жоғары деңгейлі моделдері үшін негізгі таңдау болып табылады, себебі олардың ерекше өнімділік артықшылықтары бар.

Жеңіл конструкция: Ұшу қашықтығы мен жүктік қабілетіндегі екі бағыттағы жаңалық

Дрондардың ұшу мерзімі мен жүктік қабілеті әрқашан конструкциялық салмақпен шектелген, ал көміртекті талшықтың тығыздығы осы кедергіні жеңуге кілт болып табылады. Көміртекті талшықты композиттердің тығыздығы 1,5–1,6 г/см³ құрайды, бұл алюминий қорытпасының тығыздығының 54%-ына, ал болаттың тығыздығының 20%-ына тең.

Бұл салмақтың азайтуының артықшылықтары тікелей байқалады: көп роторлы дрондар көміртегі талшықты ауа-рамаларымен алюминий қорытпасынан жасалған дрондарға қарағанда 25%–30% жеңіл, ал олардың ұшу уақыты бірдей аккумулятор сыйымдылығында 20%–25% ұзақ болады. АҚШ-тың «Global Hawk» дрон-барлау ұшағы өзінің құрылымының 65%-дан астамын көміртегі талшықтан жасау арқылы 40 сағат үздіксіз ұшу уақытын қол жеткізді.

Одан да маңыздысы — көміртегі талшықтың меншікті беріктігі (бірлік тығыздыққа шаққандағы беріктік) 785 × 10⁷ см-ге жетеді, бұл алюминий қорытпасынан 6,8 есе, ал титан қорытпасынан 10,3 есе жоғары. Бұл — бірдей салмақта көміртегі талшық қосымша жүктеме көтере алатынын білдіреді. Гуанчжоудағы бір дрон компаниясының тәжірибесі көрсеткендей, көміртегі талшық материалдарының үлесін 92%–95% дейін көтеру арқылы олардың өнеркәсіптік дрондары басқа ұқсас өлшемдегі моделдерге қарағанда 100 кг артық жүк көтере алады және 300 кг жүктемемен тұрақты ұшу режимін қамтамасыз ете алады.

Жоғары қаттылық: Қиын ортада тұрақтылықты қамтамасыз ету

Күрделі ортада дрондардың сенімділігі негізінен ауа кемесінің конструкциялық қаттылығына байланысты. Көміртекті талшықты композиттердің арнайы қаттылығы (бірлік массаға шаққандағы қаттылық) 113 × 10⁷ см-ге жетеді, бұл алюминийдің (26 × 10⁷ см) және титанның (25 × 10⁷ см) көрсеткіштерінен әлдеқайда жоғары.

Сынақ деректері көрсеткендей, 120 км/сағ жылдамдықтағы ауа ағысының әсерінен көміртекті талшықтан жасалған қанаттың максималды деформациясы алюминий қорытпасынан жасалған қанаттың деформациясының тек үштен бірін құрайды, ол ұшу күйін дәл бақылауды қамтамасыз етеді. Жоғары биіктікте және күшті желді ортада көміртекті талшықтан жасалған зерттеу дрондары тұрақты жұмыс істей алады, ал дәстүрлі материалдардан жасалған модельдер конструкциялық тербелістер салдарынан деректердің дәлдігі 20%-дан астам төмендейді.

Өндірістік инновация: Жоғары сапалы жеке тапсырыстан массалық өндіріске

Алғы қатпарлы қалыптау процестерінің жетілуі көмегімен көміртекті талшықты ауа рамаларын ірі масштабда енгізу жеделдетілуде. 2500 метрикалық тонналық пресс қолданылатын қысу арқылы қалыптау процесі дрон ауа рамасын бір бөлікте 10 минут ішінде қалыптауға мүмкіндік береді, бұл өндіріс тиімділігін дәстүрлі әдістерге қарағанда сегіз есе арттырады.

Одан да қызығырақ — үздіксіз көміртекті талшықты 3D-баспа технологиясында жасалған жетістік. Бұл технология негізінде жасалған FS25e — әлемдегі алғашқы композитті қанатты БПЛА — өзінің алғашқы ұшуын сәтті аяқтады. Оның біріктірілген қанат-фюзеляж-иық қаңқалық құрылымы өндіріс циклы мен шығындарды қатты азайтты. Бұл технология қазіргі композитті қалыптау процестерінің күрделі құрылымдарды жоғары өнімділікпен біріктіріп қалыптауға қойған қиындықтарды шешеді, сонымен қатар материалды пайдалану коэффициентін арттырып, өндіріс пен жинау циклын тиімді қысқартады.

Ұзақ ұшулы дрондар саласында өндірілетін 7 тонналық тасымалдау дроны «Changying-8» 80 пайыздан астам көлемде композиттік материалдардан жасалған, оның композиттік жүйесі толығымен өзіндік өндіріс арқылы қамтамасыз етілген. Оның қанаттары біртұтас кокүру процесін қолданады, бұл жинақтау орындары мен тауысу нүктелерін әлдеқайда азайтып, құрылымдық беріктікті және тұрақтылықты арттырады.

Болашақ келді: Көміртекті талшық үшін жаңа мүмкіндіктер

Созылу беріктігі 6600 мегапаскальдан асатын және метріне шамамен 200 килопаскаль күшке шыдайтын өзіндік T1000-деңгейлі көміртекті талшықтың тұрақты сериялық өндірісінің іске қосылуы арқылы Қытайдың жоғары деңгейлі аэроғарыштық материалдарын өзіндік өндіруі мен бақылауы одан әрі нығайтылды.

Тіпті одан да перспективтірі — Нанкин аэронавтика және астронавтика университетінің мамандар тобы әзірлеген көміртегі талшығы құрылымы бар суперконденсатор. Ол «ұшақтың құрылымы — батарея» деген ұғымды іске асыруға мүмкіндік береді. Бұл ұшақтың құрылымының өзі энергияны сақтауға мүмкіндік береді, ал қосымша аккумуляторлардың салмағын қоспауға болады. Сондықтан дрондардың ұшу мерзімі мен жүктік көтергіштігі арасындағы қарама-қайшылық толығымен шешіледі.

Материалдардың ауысуынан бастап конструкциялық ұғымдардың жаңартылуына дейін көміртегі талшығы композиттері дрондардың сапасын арттыруда негізгі рөл атқаруда. Бұл жаңа бағытты технологиялық зерттеулерден коммерциялық қолданысқа қарай дамытуға әкеледі және логистика, ауыл шаруашылығы, авариялық жағдайларға реакция беру сияқты салаларға тиімдірек және сенімдірек ауадағы шешімдер ұсынады.