พาคุณไปรู้จักวัสดุคอมโพสิตที่ใช้ในเครื่องบินระดับต่ำ

วัสดุคอมโพสิตได้กลายมาเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตเครื่องบินที่บินต่ำเนื่องจากมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีความยืดหยุ่น ในยุคเศรษฐกิจที่บินต่ำซึ่งมุ่งเน้นที่ประสิทธิภาพ อายุการใช้งานแบตเตอรี่ และการปกป้องสิ่งแวดล้อม การใช้วัสดุคอมโพสิตไม่เพียงแต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของเครื่องบินเท่านั้น แต่ยังเป็นกุญแจสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาของอุตสาหกรรมทั้งหมดอีกด้วย

คาร์บอนไฟเบอร์วัสดุคอมโพสิต
เนื่องด้วยมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน และมีคุณสมบัติอื่นๆ คาร์บอนไฟเบอร์จึงกลายเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการผลิตเครื่องบินที่บินต่ำ ไม่เพียงแต่ช่วยลดน้ำหนักของเครื่องบินเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพและประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และกลายเป็นวัสดุทดแทนโลหะแบบดั้งเดิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ วัสดุคอมโพสิตในสกายคาร์มากกว่า 90% เป็นคาร์บอนไฟเบอร์ และอีกประมาณ 10% ที่เหลือเป็นไฟเบอร์กลาส ในเครื่องบิน eVTOL คาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบโครงสร้างและระบบขับเคลื่อน คิดเป็นประมาณ 75-80% ในขณะที่การใช้งานภายใน เช่น คานและโครงสร้างที่นั่งคิดเป็น 12-14% และระบบแบตเตอรี่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบินคิดเป็น 8-12%

ไฟเบอร์วัสดุคอมโพสิตแก้ว
พลาสติกเสริมไฟเบอร์กลาส (GFRP) มีความทนทานต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ทนต่อรังสี ทนไฟ และมีคุณสมบัติป้องกันการเสื่อมสภาพ มีบทบาทสำคัญในการผลิตเครื่องบินที่บินในระดับต่ำ เช่น โดรน การนำวัสดุนี้มาประยุกต์ใช้ช่วยลดน้ำหนักของเครื่องบิน เพิ่มปริมาณบรรทุก ประหยัดพลังงาน และมีการออกแบบภายนอกที่สวยงาม ดังนั้น GFRP จึงกลายเป็นหนึ่งในวัสดุหลักในเศรษฐกิจการบินในระดับต่ำ
ในกระบวนการผลิตเครื่องบินระดับต่ำ ผ้าไฟเบอร์กลาสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างหลัก เช่น โครงเครื่องบิน ปีก และหางเครื่องบิน คุณสมบัติที่น้ำหนักเบาของผ้าไฟเบอร์กลาสช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการบินของเครื่องบิน และทำให้โครงสร้างมีความแข็งแรงและเสถียรภาพมากขึ้น
สำหรับส่วนประกอบที่ต้องการการซึมผ่านของคลื่นที่ดีเยี่ยม เช่น เรโดมและแฟริ่ง มักจะใช้วัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์กลาส ตัวอย่างเช่น โดรนบินระยะไกลระดับความสูงสูงและโดรน RQ-4 “Global Hawk” ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ใช้วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับปีก หาง ห้องเครื่องยนต์ และลำตัวส่วนท้าย ในขณะที่เรโดมและแฟริ่งทำจากวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์กลาสเพื่อให้แน่ใจว่ามีการส่งสัญญาณที่ชัดเจน
ผ้าไฟเบอร์กลาสสามารถนำมาใช้ทำแฟริ่งและหน้าต่างเครื่องบิน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มรูปลักษณ์และความสวยงามของเครื่องบินเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความสะดวกสบายในการขับขี่อีกด้วย ในทำนองเดียวกัน ในการออกแบบดาวเทียม ผ้าไฟเบอร์กลาสยังสามารถใช้สร้างโครงสร้างพื้นผิวด้านนอกของแผงโซลาร์เซลล์และเสาอากาศได้ จึงทำให้รูปลักษณ์และความน่าเชื่อถือในการใช้งานของดาวเทียมดีขึ้น

เส้นใยอะรามิดวัสดุคอมโพสิต
วัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดที่ออกแบบด้วยโครงสร้างหกเหลี่ยมของรังผึ้งธรรมชาติแบบไบโอนิค ได้รับการยอมรับอย่างสูงในด้านความแข็งแรงเฉพาะ ความแข็งเฉพาะ และเสถียรภาพเชิงโครงสร้างที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ วัสดุนี้ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนกันเสียง ฉนวนกันความร้อน และคุณสมบัติหน่วงไฟที่ดี อีกทั้งยังมีควันและความเป็นพิษที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ต่ำมาก คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้วัสดุนี้เป็นที่นิยมใช้ในงานระดับสูง เช่น การบินและอวกาศและการขนส่งความเร็วสูง
แม้ว่าต้นทุนของวัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดจะสูงกว่า แต่ก็มักถูกเลือกให้เป็นวัสดุน้ำหนักเบาหลักสำหรับอุปกรณ์ระดับไฮเอนด์ เช่น เครื่องบิน ขีปนาวุธ และดาวเทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการการซึมผ่านของคลื่นแบนด์กว้างและมีความแข็งแรงสูง
ประโยชน์น้ำหนักเบา　　
กระดาษอะรามิดเป็นวัสดุโครงสร้างลำตัวเครื่องบินหลัก จึงมีบทบาทสำคัญในเครื่องบินประหยัดที่บินในระดับต่ำ เช่น เครื่องบิน eVTOL โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะชั้นแซนด์วิชรังผึ้งคาร์บอนไฟเบอร์
ในด้านของยานบินไร้คนขับ วัสดุรังผึ้ง Nomex (กระดาษอะรามิด) ยังใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยนำมาใช้ทำเปลือกลำตัวเครื่องบิน ผิวปีก ขอบด้านหน้า และส่วนอื่นๆ

อื่นวัสดุคอมโพสิตแบบแซนวิช
เครื่องบินที่บินในระดับต่ำ เช่น ยานบินไร้คนขับ นอกจากจะใช้วัสดุเสริมแรง เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ไฟเบอร์กลาส และเส้นใยอะรามิด ในกระบวนการผลิตแล้ว วัสดุโครงสร้างแบบแซนวิช เช่น รังผึ้ง ฟิล์ม โฟมพลาสติก และกาวโฟม ยังใช้กันอย่างแพร่หลายอีกด้วย
ในการเลือกใช้วัสดุทำแซนวิช โดยทั่วไปจะใช้เป็นแซนวิชรังผึ้ง (เช่น รังผึ้งกระดาษ รังผึ้ง Nomex เป็นต้น) แซนวิชไม้ (เช่น เบิร์ช เพาโลเนีย ไพน์ บาสวูด เป็นต้น) และแซนวิชโฟม (เช่น โพลียูรีเทน โพลีไวนิลคลอไรด์ โฟมโพลีสไตรีน เป็นต้น)
โครงสร้างแซนวิชโฟมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างของโครงเครื่องบิน UAV เนื่องจากคุณสมบัติกันน้ำและลอยน้ำได้ และมีข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีที่สามารถเติมเต็มช่องว่างของโครงสร้างภายในของปีกและปีกหางได้ทั้งหมด
เมื่อออกแบบ UAV ความเร็วต่ำ โครงสร้างแซนวิชรังผึ้งมักใช้กับชิ้นส่วนที่มีความต้องการความแข็งแรงต่ำ มีรูปร่างปกติ พื้นผิวโค้งขนาดใหญ่ และวางได้ง่าย เช่น พื้นผิวกันโคลงของปีกด้านหน้า พื้นผิวกันโคลงของหางแนวตั้ง พื้นผิวกันโคลงของปีก เป็นต้น สำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนและพื้นผิวโค้งขนาดเล็ก เช่น พื้นผิวลิฟต์ พื้นผิวหางเสือ พื้นผิวหางเสือเอเลอรอน เป็นต้น จะใช้โครงสร้างแซนวิชโฟม สำหรับโครงสร้างแซนวิชที่ต้องการความแข็งแรงสูงกว่า อาจเลือกโครงสร้างแซนวิชไม้ได้ สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการทั้งความแข็งแรงสูงและความแข็งสูง เช่น ผิวลำตัวเครื่องบิน คาน T คาน L เป็นต้น มักใช้โครงสร้างลามิเนต การผลิตส่วนประกอบเหล่านี้ต้องอาศัยการขึ้นรูปเบื้องต้น และตามความแข็งในระนาบที่ต้องการ ความแข็งแรงในการดัด ความแข็งในการบิด และความต้องการความแข็งแรง เลือกเส้นใยเสริมแรง วัสดุเมทริกซ์ ปริมาณเส้นใย และลามิเนตที่เหมาะสม และออกแบบมุมการวาง ชั้น และลำดับการวางชั้นที่แตกต่างกัน และทำให้แข็งตัวโดยใช้ความร้อนที่อุณหภูมิและแรงดันที่แตกต่างกัน