Por que os tecidos de fibra de carbono entrelaçados em trama multieixos tornaram-se a nova sensação da 'economia de baixa altitude'?

Quais novas exigências o desenvolvimento da economia de baixa altitude impõe aos materiais?

Para drones e aeronaves elétricas de decolagem e aterrissagem vertical (eVTOLs), ‘leveza’ não significa simplesmente reduzir o peso.

Reduzir o peso de uma aeronave pode diminuir o consumo energético durante o voo, prolongar a duração do voo e aumentar a capacidade de carga útil. Consequentemente, minimizar o peso estrutural sem comprometer a segurança e a rigidez estruturais sempre foi um desafio fundamental no projeto de aeronaves de baixa altitude.

Ao mesmo tempo, as aeronaves de baixa altitude também devem suportar condições de carregamento complexas.

O fuselagem, os braços, as asas, as hélices e as estruturas de conexão sofrem diversos tipos de cargas durante o voo, incluindo tração, compressão, flexão, torção e vibração.

Isso significa que o material estrutural ideal deve não apenas apresentar alta resistência e rigidez, mas também ser capaz de ser projetado especificamente para acomodar a direção das forças atuantes em diferentes partes da estrutura.

É exatamente aqui que residem as vantagens dos tecidos de malha tricotada com fibras de carbono multiaxiais.

O que é um tecido de malha tricotada com fibras de carbono multiaxiais?

Diferentemente das tecelagens planas e em sarja comuns de fibras de carbono em 0°/90°, os tecidos de malha tricotada multiaxiais não simplesmente entrelaçam as fibras.

Permite dispor as fibras de carbono em diferentes orientações, tais como:

combinações de 0°, ±45° e 90°, entre outras.

Fibras em diferentes orientações suportam cargas em distintas direções, e os fios de malha tricotada, por sua vez, fixam as camadas individuais de fibras para formar um todo unificado.

Essa estrutura permite que a orientação das fibras do material se alinhe melhor às condições reais de tensão experimentadas pelo produto.

Em termos simples:

sempre que uma força precisar ser suportada numa determinada direção, mais fibras poderão ser dispostas nessa direção.

Isso também torna os tecidos de fibra de carbono tricotados em urdidura multiaxial particularmente adequados para as estruturas de aeronaves e veículos aéreos de baixa altitude, que têm elevados requisitos tanto de desempenho estrutural quanto de peso.

Por que é particularmente adequado para drones?

1. Suporte de cargas multidirecionais para atender a requisitos complexos de carga

Drones não estão sujeitos a forças provenientes de uma única direção apenas.

Por exemplo, durante o voo, os braços são simultaneamente submetidos a cargas como flexão, torção e vibração.

Se forem utilizadas apenas disposições unidirecionais de fibras, é difícil satisfazer os requisitos mecânicos em diferentes direções.

Em contraste, estruturas multiaxiais permitem um projeto mecânico mais racional por meio da combinação de fibras orientadas em diferentes ângulos, tais como 0°, ±45° e 90°.

Especificamente:

Fibras a 0° suportam principalmente cargas de tração e compressão longitudinais;

fibras a ±45° melhorar a resistência da estrutura a cargas de cisalhamento e torção;

enquanto fibras a 90° ajudam a melhorar a estabilidade lateral.

Ao combinar fibras em diferentes ângulos, pode-se obter um projeto estrutural mais racional para suportar cargas.

2. Vantagens excepcionais na redução de peso

Para aeronaves, até mesmo uma ligeira redução no peso estrutural pode gerar benefícios tangíveis de desempenho.

A fibra de carbono possui, por natureza, alta resistência específica e rigidez específica, oferecendo vantagens significativas na obtenção de estruturas leves.

Além disso, tecidos de malha de urdume multiaxial permitem projetar a orientação das fibras conforme as características de carga do produto, reduzindo assim camadas desnecessárias de material sem comprometer os requisitos de desempenho estrutural.

Consequentemente, essa abordagem não se limita simplesmente à ‘substituição de materiais mais pesados por outros mais leves’, mas sim a um método de obtenção de estruturas leves mediante a otimização da orientação das fibras.

Por que os tecidos de malha de urdume multidirecional estão atraindo mais atenção do que os tecidos tradicionais?

Além das suas propriedades mecânicas, os tecidos de malha de urdume multiaxial oferecem outra vantagem significativa: eficiência na colocação (lay-up).

Nos processos tradicionais de fabricação de compósitos, as fibras orientadas em diferentes direções muitas vezes precisam ser cortadas e colocadas separadamente, antes de serem empilhadas em múltiplas camadas conforme os requisitos de projeto.

Os tecidos de malha de urdume multiaxial, contudo, permitem que fibras orientadas em múltiplas direções sejam combinadas previamente num único material integrado. Isto significa que, em certas estruturas, o número de etapas de colocação (lay-up) pode ser reduzido, melhorando assim a eficiência da colocação do material.

Isto é particularmente importante para a futura produção em massa de aeronaves de baixa altitude.

Isto porque, à medida que os drones passam de ‘personalização em pequena escala’ para ‘produção em massa’, os materiais não só devem satisfazer os requisitos de desempenho, mas também levar em conta:

eficiência da produção, utilização de materiais, estabilidade do processo e custos de fabricação.

Consequentemente, o valor dos tecidos de trama warp-knitted multiaxiais reside não apenas no seu ‘desempenho do material’, mas também na sua ‘eficiência de fabricação’.

Onde mais poderão ser utilizados, no futuro, tecidos de trama warp-knitted multiaxiais de fibra de carbono?

À medida que a economia de baixa altitude continua a desenvolver-se, a aplicação aplicação de materiais multiaxiais de fibra de carbono não se limita a componentes individuais.

Áreas a observar no futuro incluem:

1. Estruturas de fuselagem de UAV

Utilizados em revestimentos de fuselagem, estruturas portantes e outros componentes para alcançar redução de peso e reforço estrutural.

2. Braços de UAV

Ao combinar fibras orientadas em diferentes direções, aumenta-se a resistência à flexão e à torção dos braços.

3. Asas e estruturas de asa

A orientação das fibras é projetada conforme as características de carga em diferentes áreas da asa, para alcançar a otimização estrutural.

4. Fuselagem e estruturas internas portantes de aeronaves eVTOL

Atendendo aos requisitos abrangentes de aeronaves de grande porte quanto a alta resistência, construção leve e estabilidade estrutural.

5. Rotores e outros componentes compostos

Projetando arranjos de fibras conforme direções específicas de carga, para fornecer soluções materiais para estruturas compostas complexas.

Weinuo: Fornecendo materiais de fibra de carbono para aeronaves de baixa altitude

Como fornecedor de compósitos de fibra de carbono, a Weinuo oferece uma gama de produtos incluindo tecidos de fibra de carbono tecidos de reforço unidirecional, pré-impregnados (prepregs), tecidos de malha de urdume multiaxial, painéis de fibra de carbono e componentes usinados por CNC, além de possuir capacidades abrangentes de processamento que abrangem desde matérias-primas até produtos semiacabados.

Em particular, a linha de produção de tecidos de carbono multifilares de trama entrelaçada é capaz de fornecer soluções materiais com diferentes orientações de fibras e combinações de gramatura para atender aos diversos requisitos de projeto estrutural dos clientes.

Diante da economia de baixa altitude em rápido desenvolvimento, a inovação de materiais surge como um fator-chave na redução de peso de aeronaves.

No futuro, os tecidos de trama entrelaçada multifilares de fibra de carbono poderão se tornar um dos principais materiais que permitirão que mais aeronaves de baixa altitude ‘decolarem com carga mais leve’.