یکی از پروژه هایی که مهندسان بر روی آن کار کرده اند، از ابتدای راه اندازی هوانوردی، توسعه وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) برای انجام عملیات نظامی بدون خطر تلفات انسانی است.
از استفاده نظامی تا غیرنظامی
یکی از اولین کاربردهای این ماشین ها در طول اولین جنگ استقلال ایتالیا در سال 1849 بود، زمانی که ارتش اتریش از بالن های بدون سرنشین مجهز به بمب های کنترل شده توسط فیوزهای زمان استفاده کرد.
اگرچه ارتش های مدرن در سراسر جهان طیف گسترده ای از کاربردهای نظامی برای این پهپادها دارند، از اطلاعات تا عملیات در مناطق درگیری، تقریبا 166 سال پس از بمباران شهر ونیز پهپادها از نظامی به غیر نظامی تعقیر پیدا کردند.
در حال حاضر این سیستم‌ها توسط دولت‌ها، شرکت‌های خصوصی و افراد در سراسر جهان برای نظارت و اجرای قانون، بهبود تدارکات و حتی گرفتن عکس‌ها یا فیلم‌ها استفاده می‌شوند.
کاهش وزن پهپادها
22222222 توسعه فناوری‌هایی مانند هواپیماهای سنگین‌تر از هوا، کنترل رادیویی و ویدئو به ما کمک کرده تا هواپیماهای نمادینی مانند MQ-1 Predator یا پهپاد DJI Phantom بسازیم و علاقه عمومی را به پهپادها افزایش داده است.
در حال حاضر پهپادها نقش مهمی در آینده هوانوردی به ویژه در کاربردهای نظامی دارند.
با این حال، از آنجایی که پهپادها نسبت به هواپیماهای معمولی کوچکتر هستند و ظرفیت سوخت محدودی دارند، زمان پرواز آنها نسبت به هواپیماهای همتای سرنشین دار آنها بسیار کمتر است.
این موضوع با در نظر گرفتن محموله وسیله نقلیه که می تواند از مجموعه ای از موشک های آتش زا تا یک دوربین کوچک برای استفاده غیرنظامی را در بر بگیرد بیشتر هم میشود.
به منظور بهبود این امر، کاهش وزن در هواپیما بسیار مهم است و استفاده از مواد هوافضای معمولی مانند آلومینیوم 6061-T6 ممکن است آنچنان در این امر موثر نباشد در نتیجه، مواد کامپوزیت نقش اصلی را در طراحی و ساخت هواپیماهای بدون سرنشین ایفا می کنند.
مواد کامپوزیت
کامپوزیت ها موادی هستند که از دو (ماتریکس بایندر و تقویت کننده) و یا بیشتر با خواص فیزیکی یا شیمیایی متفاوت ساخته شده اند. هنگامی که این مواد با هم ترکیب می شوند، ماده جدیدی تولید میشود که ویژگی های متفاوتی و اجزای جداگانه دارد.
معمولاً بیشترین انتقال وزن توسط فیبر (از 70 تا 90 درصد بار) انجام می شود و سفتی و شکل توسط ماتریکس تأمین می شود که وزن را به الیاف منتقل می کند .و با جداسازی الیاف باعث کندی و انتقال ترک میشود.
با این حال، یکی از مهمترین ویژگی هایی که باید در هنگام کار با کامپوزیت ها در نظر گرفت این است که خواص مکانیکی آنها، مانند استحکام، بر اساس جهت بار اعمال شده اندازه گیری شود.
مواد کامپوزیت طبیعی هزاران سال است که بصورت بتن و آجر و همچنمین چوب و استخوان مورد استفاده قرار میگیرد.
تاریخچه کامپوزیت ها در صنعت هوافضا
مواد کامپوزیتی برای صنعت هوافضا غریبه نیستند و در اوایل دهه 1940، پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) راه خود را به صنعت دریایی پیدا کردند. در سال 1944 اولین هواپیما با استفاده از کامپوزیت در بدنه تولید ودر ایالات متحده امریکا به پرواز در آمد.
در اوایل سال 1960، کامپوزیت ها به شکل “پیش آغشته” استفاده می شدند که از یک سری پلاستیک های تقویت شده با الیاف (FRP) از قبل آغشته به رزین اپوکسی تشکیل شده است.
نمونه هایی را می توان در بال ها و بدنه جلوی AV-8B Harrier و دم A-320 و همچنین سایر هواپیماهای نظامی مانند Eurofighter 2000 مشاهده کرد.
اخیراً ایرباس استفاده از کامپوزیت ها را از 25 درصد در A380 نمادین به 53 درصد در A350 XWB جدید افزایش داده است.
بوئینگ نیز همین کار را کرد: 12 درصد از ساختار 777 از کامپوزیت ساخته شده است و اکنون جدیدترین هواپیمای آنها، 787، از 50 درصد کامپوزیت تشکیل شده است.
این باعث کاهش 20 درصدی وزن در 787 و کاهش تعمیر و نگهداری غیر معمول و کاهش بسیار خوردگی به خاطر مقاومت بالاست.
طراحی UVA با استفاده از مواد کامپوزیت
کم کم استفاده از کامپوزیت ها در صنعت پهپاد گسترش پیدا کرد. در سال 2009، بررسی 200 مدل توسط دنیای کامپوزیت نشان داد که همه مدل ها دارای اجزای کامپوزیت هستند و تعدادی از موارد استفاده از فیبر کربن را برای ساخت بدنه هواپیما گزارش کرده اند.
با این حال، افزایش تقاضا برای ظرفیت محموله و عملکرد هواپیماهای بدون سرنشین صنعت را به سمت ترکیب دیگری برای تعقیر ساختار پهپاد سوق داد.
پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) که اکنون ماده اولیه مورد استفاده در ساخت بدنه هواپیماهای پهپاد است.
به طور کلی، کامپوزیت های CFRP از رزین ترموست استفاده می کنند که در هنگام گرم شدن، در ترکیب با فیبر کربن به عنوان جزء ساختاری اولیه، سخت می شود.
این باعث می شود که ماده سبک تر از کامپوزیت های GFRP و همچنین قوی تر، حتی در مقایسه با فلزات باشد.
به عنوان مثال، یک سازه ساخته شده از فولاد تقریباً 5 برابر بیشتر از ساختاری با همان مقاومت ساخته شده از CFRP وزن خواهد داشت.
با این حال، هزینه بالای آنها (5 تا 25 برابر گرانتر از الیاف شیشه) مانع استفاده از این ماده در صنعت شده است. علاوه بر این، این ماده رسانای الکتریکی است که آن را برای کاربردهای خاص نامناسب می کند.
کامپوزیت های کولار و اپوکسی در ساخت پروانه استفاده میشود زیرا سبک تر از CFRP است.
با توجه به اینکه بیشتر ساختار و طراحی پهپادها از 4 ملخ یا بیشتر تشکیل شده است، مزیت استفاده از این ماده برای چنین کاربردهایی قابل توجه است.
کاهش اینرسی پروانه، که به نوبه خود باعث کاهش لرزش می شود، به پایدارتر شدن پهپاد در طول پرواز کمک می کند.
آینده طراحی پهپاد
به گزارش دنیای کامپوزیت، در سال‌های 2007 و 2008، 231 و 247 تن کامپوزیت برای پشتیبانی از پهپادها تولید شد و انتظار می‌رود تا سال 2024به اندازه 800 تن تقاضا برای نیاز بازار تولید شود که این مقدار فقط برای ساخت صنعت هوایی به کار برده میشود.
با افزایش سهم بازار پهپادها در کاربردهای غیرنظامی و نظامی، تقاضا برای پهپادهای با قابلیت مانور بیشتر و با بار پرداختی موثرتر با مواد کامپوزیتی که نقش حیاتی در توسعه این هواپیماهای جدید بازی می‌کنند، افزایش می‌یابد.
استفاده از تکنیک‌های ساخت افزودن فرآیندی مانند مدل‌سازی رسوب ذوب شده (FDM) و جوش لیزری (LS) در ارتباط با مواد کامپوزیتی امکان توسعه پهپادهای مؤثرتر برای اهداف امنیتی و نظامی را فراهم می‌کند.
رزین های مخصوص ساخت پهپاد که میتوانید از شرکت ماندگار بسپار تهیه کنید عبارت اند از:
رزین اپوکسی LR530 معادل LY5052
در برخی از زمان های خاص که رزین های تولیدی خارجی در دسترس نیست میتوانید از رزین داخلی مشابه آن استفاده کنید که یکی از با کیفیت ترین آنها رزین LR530 میباشد که مشابه رزین LY5052 است.