พาคุณไปทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุผสมที่ใช้ในเครื่องบินบินระดับต่ำ

วัสดุคอมโพสิตกลายเป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเครื่องบินบินระดับต่ำ เนื่องจากมีน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน และมีความยืดหยุ่น ในยุคเศรษฐกิจการบินระดับต่ำที่มุ่งเน้นประสิทธิภาพ อายุการใช้งานแบตเตอรี่ และการรักษาสิ่งแวดล้อม การใช้วัสดุคอมโพสิตไม่เพียงแต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของเครื่องบินเท่านั้น แต่ยังเป็นกุญแจสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมโดยรวมอีกด้วย

คาร์บอนไฟเบอร์วัสดุผสม
เนื่องจากมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง ทนต่อการกัดกร่อน และคุณสมบัติอื่นๆ เส้นใยคาร์บอนจึงกลายเป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการผลิตอากาศยานบินต่ำ ไม่เพียงแต่จะช่วยลดน้ำหนักของอากาศยานเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ และเป็นวัสดุทดแทนที่มีประสิทธิภาพสำหรับวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม วัสดุคอมโพสิตในอากาศยานบินสูงมากกว่า 90% เป็นเส้นใยคาร์บอน และอีกประมาณ 10% เป็นเส้นใยแก้ว ในอากาศยาน eVTOL เส้นใยคาร์บอนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบโครงสร้างและระบบขับเคลื่อน คิดเป็นประมาณ 75-80% ในขณะที่การใช้งานภายใน เช่น คานและโครงสร้างที่นั่ง คิดเป็น 12-14% และระบบแบตเตอรี่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การบิน คิดเป็น 8-12%

ไฟเบอร์วัสดุผสมแก้ว
พลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRP) ด้วยคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อน ทนต่ออุณหภูมิสูงและต่ำ ทนต่อรังสี ทนไฟ และต้านทานการเสื่อมสภาพ จึงมีบทบาทสำคัญในการผลิตอากาศยานระดับต่ำ เช่น โดรน การประยุกต์ใช้วัสดุนี้ช่วยลดน้ำหนักของอากาศยาน เพิ่มน้ำหนักบรรทุก ประหยัดพลังงาน และทำให้ได้ดีไซน์ภายนอกที่สวยงาม ดังนั้น GFRP จึงกลายเป็นหนึ่งในวัสดุสำคัญในอุตสาหกรรมอากาศยานระดับต่ำ
ในกระบวนการผลิตเครื่องบินบินระดับต่ำ ผ้าใยแก้วถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญ เช่น ลำตัว ปีก และหาง คุณสมบัติที่เบาของผ้าใยแก้วช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการบิน และให้ความแข็งแรงและความเสถียรของโครงสร้างที่มากขึ้น
สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการซึมผ่านของคลื่นที่ดีเยี่ยม เช่น เรโดมและแฟริ่ง มักใช้วัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์กลาส ตัวอย่างเช่น โดรนบินระยะไกลระดับสูงและโดรน RQ-4 “Global Hawk” ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ใช้คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับปีก หาง ช่องเครื่องยนต์ และลำตัวส่วนท้าย ในขณะที่เรโดมและแฟริ่งทำจากวัสดุคอมโพสิตไฟเบอร์กลาสเพื่อให้มั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณมีความชัดเจน
ผ้าใยแก้วสามารถนำมาใช้ทำแฟริ่งและหน้าต่างของเครื่องบิน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มรูปลักษณ์และความสวยงามของเครื่องบินเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มความสะดวกสบายในการเดินทางอีกด้วย ในทำนองเดียวกัน ในการออกแบบดาวเทียม ผ้าใยแก้วยังสามารถใช้สร้างโครงสร้างพื้นผิวด้านนอกของแผงโซลาร์เซลล์และเสาอากาศ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงรูปลักษณ์และความน่าเชื่อถือในการทำงานของดาวเทียมได้

เส้นใยอะรามิดวัสดุผสม
วัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดที่ออกแบบด้วยโครงสร้างหกเหลี่ยมเลียนแบบรังผึ้งธรรมชาติ ได้รับการยกย่องอย่างสูงในด้านความแข็งแรงจำเพาะ ความแข็งแกร่งจำเพาะ และความเสถียรของโครงสร้างที่ยอดเยี่ยม นอกจากนี้ วัสดุนี้ยังมีคุณสมบัติในการกันเสียง ฉนวนกันความร้อน และกันไฟได้ดี และมีควันและสารพิษที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้น้อยมาก คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้วัสดุนี้มีบทบาทสำคัญในงานระดับสูงของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและยานพาหนะความเร็วสูง
แม้ว่าต้นทุนของวัสดุแกนรังผึ้งกระดาษอะรามิดจะสูงกว่า แต่ก็มักถูกเลือกใช้เป็นวัสดุน้ำหนักเบาที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ระดับสูง เช่น เครื่องบิน ขีปนาวุธ และดาวเทียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการการซึมผ่านของคลื่นในช่วงความถี่กว้างและความแข็งแกร่งสูง
ข้อดีของน้ำหนักเบา　　
กระดาษอะรามิดเป็นวัสดุโครงสร้างลำตัวเครื่องบินที่สำคัญ โดยมีบทบาทสำคัญในเครื่องบินประหยัดพลังงานที่บินในระดับความสูงต่ำ เช่น เครื่องบิน eVTOL โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะชั้นแซนด์วิชรังผึ้งคาร์บอนไฟเบอร์
ในด้านอากาศยานไร้คนขับ วัสดุรังผึ้ง Nomex (กระดาษอะรามิด) ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน โดยใช้ในเปลือกลำตัว ผิวปีก ขอบหน้า และชิ้นส่วนอื่นๆ

อื่นวัสดุคอมโพสิตแซนด์วิช
อากาศยานที่บินในระดับความสูงต่ำ เช่น ยานไร้คนขับ นอกจากจะใช้วัสดุเสริมแรง เช่น เส้นใยคาร์บอน เส้นใยแก้ว และเส้นใยอะรามิด ในกระบวนการผลิตแล้ว ยังมีการใช้วัสดุโครงสร้างแบบแซนด์วิช เช่น รังผึ้ง ฟิล์ม พลาสติกโฟม และกาวโฟม อย่างแพร่หลายอีกด้วย
ในการเลือกใช้วัสดุสำหรับทำแซนด์วิช วัสดุที่นิยมใช้กันทั่วไป ได้แก่ แซนด์วิชแบบรังผึ้ง (เช่น รังผึ้งกระดาษ รังผึ้งโนเม็กซ์ เป็นต้น) แซนด์วิชไม้ (เช่น ไม้เบิร์ช ไม้พอลโลเนีย ไม้สน ไม้บาสวูด เป็นต้น) และแซนด์วิชโฟม (เช่น โพลียูรีเทน โพลีไวนิลคลอไรด์ โฟมโพลีสไตรีน เป็นต้น)
โครงสร้างแซนด์วิชโฟมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างของลำตัวเครื่องบินไร้คนขับ เนื่องจากคุณสมบัติกันน้ำและลอยน้ำได้ รวมถึงข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีที่สามารถเติมช่องว่างของโครงสร้างภายในของปีกและปีกหางได้ทั้งหมด
ในการออกแบบโดรนความเร็วต่ำ โครงสร้างแซนด์วิชแบบรังผึ้งมักใช้กับชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงต่ำ รูปทรงปกติ พื้นผิวโค้งขนาดใหญ่ และขึ้นรูปได้ง่าย เช่น พื้นผิวกันโคลงของปีกหน้า พื้นผิวกันโคลงของหางเสือแนวตั้ง พื้นผิวกันโคลงของปีก เป็นต้น สำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปทรงซับซ้อนและพื้นผิวโค้งขนาดเล็ก เช่น พื้นผิวลิฟต์ พื้นผิวหางเสือ พื้นผิวปีกควบคุมการทรงตัว เป็นต้น มักนิยมใช้โครงสร้างแซนด์วิชโฟม สำหรับโครงสร้างแซนด์วิชที่ต้องการความแข็งแรงสูง อาจเลือกใช้โครงสร้างแซนด์วิชไม้ สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการทั้งความแข็งแรงและความแข็งแกร่งสูง เช่น ผิวลำตัว คานรูปตัว T คานรูปตัว L เป็นต้น มักใช้โครงสร้างลามิเนต การผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้ต้องมีการขึ้นรูปเบื้องต้น และเลือกเส้นใยเสริมแรง วัสดุเมทริกซ์ ปริมาณเส้นใย และลามิเนตที่เหมาะสมตามความแข็งแกร่งในระนาบ ความแข็งแรงดัด ความแข็งแกร่งในการบิด และความแข็งแรงที่ต้องการ ออกแบบมุมการวาง ชั้น และลำดับการวางที่แตกต่างกัน และอบด้วยอุณหภูมิความร้อนและความดันที่แตกต่างกัน