I materiali compositi sono diventati ideali per la produzione di velivoli a bassa quota grazie alla loro leggerezza, elevata resistenza, resistenza alla corrosione e plasticità. In quest'era di economia a bassa quota, che persegue efficienza, durata delle batterie e tutela ambientale, l'utilizzo di materiali compositi non solo influisce sulle prestazioni e sulla sicurezza dei velivoli, ma è anche fondamentale per promuovere lo sviluppo dell'intero settore.
Fibra di carboniomateriale composito
Grazie alla sua leggerezza, elevata resistenza, resistenza alla corrosione e altre caratteristiche, la fibra di carbonio è diventata un materiale ideale per la produzione di velivoli a bassa quota. Non solo può ridurre il peso del velivolo, ma anche migliorarne le prestazioni e i vantaggi economici, diventando un valido sostituto dei tradizionali materiali metallici. Oltre il 90% dei materiali compositi utilizzati negli skycar è in fibra di carbonio, mentre il restante 10% circa è in fibra di vetro. Negli eVTOL, la fibra di carbonio è ampiamente utilizzata nei componenti strutturali e nei sistemi di propulsione, rappresentando circa il 75-80%, mentre le applicazioni interne come travi e strutture dei sedili costituiscono il 12-14%, e i sistemi di batterie e le apparecchiature avioniche l'8-12%.
Fibramateriale composito di vetro
La plastica rinforzata con fibra di vetro (GFRP), grazie alla sua resistenza alla corrosione, alle alte e basse temperature, alle radiazioni, alla resistenza alla fiamma e all'invecchiamento, svolge un ruolo importante nella produzione di velivoli a bassa quota come i droni. L'applicazione di questo materiale contribuisce a ridurre il peso del velivolo, ad aumentarne il carico utile, a risparmiare energia e a ottenere un design esterno accattivante. Pertanto, la GFRP è diventata uno dei materiali chiave nell'economia a bassa quota.
Nel processo di produzione di velivoli a bassa quota, il tessuto in fibra di vetro è ampiamente utilizzato nella fabbricazione di componenti strutturali chiave come fusoliera, ali e impennaggi. Le sue caratteristiche di leggerezza contribuiscono a migliorare l'efficienza di crociera del velivolo e a fornire maggiore resistenza e stabilità strutturale.
Per i componenti che richiedono un'eccellente permeabilità alle onde, come radome e carenature, vengono solitamente utilizzati materiali compositi in fibra di vetro. Ad esempio, i droni ad alta quota e a lungo raggio e il drone RQ-4 "Global Hawk" dell'aeronautica statunitense utilizzano materiali compositi in fibra di carbonio per le ali, la coda, il vano motore e la fusoliera posteriore, mentre il radome e la carenatura sono realizzati in materiali compositi in fibra di vetro per garantire una chiara trasmissione del segnale.
Il tessuto in fibra di vetro può essere utilizzato per realizzare carenature e finestrini degli aeromobili, migliorandone non solo l'aspetto e la bellezza, ma anche il comfort di volo. Analogamente, nella progettazione satellitare, il tessuto in fibra di vetro può essere impiegato per costruire la struttura esterna dei pannelli solari e delle antenne, migliorando così l'aspetto e l'affidabilità funzionale dei satelliti.
Fibra aramidicamateriale composito
Il materiale a nucleo a nido d'ape in carta aramidica, progettato con una struttura esagonale che richiama un nido d'ape naturale bionico, è molto apprezzato per la sua eccellente resistenza specifica, rigidità specifica e stabilità strutturale. Inoltre, questo materiale possiede anche buone proprietà di isolamento acustico e termico, nonché ignifughe, e le emissioni di fumo e la tossicità generate durante la combustione sono molto basse. Queste caratteristiche gli consentono di trovare impiego in applicazioni di fascia alta nei settori aerospaziale e dei mezzi di trasporto ad alta velocità.
Sebbene il costo del materiale a nucleo a nido d'ape in carta aramidica sia più elevato, viene spesso scelto come materiale leggero chiave per apparecchiature di fascia alta come aerei, missili e satelliti, soprattutto nella produzione di componenti strutturali che richiedono permeabilità alle onde a banda larga ed elevata rigidità.
Vantaggi della leggerezza
La carta aramidica, in quanto materiale strutturale chiave della fusoliera, svolge un ruolo fondamentale nei principali velivoli economici a bassa quota come gli eVTOL, soprattutto come strato sandwich a nido d'ape in fibra di carbonio.
Nel campo dei veicoli aerei senza pilota, il materiale a nido d'ape Nomex (carta aramidica) è ampiamente utilizzato, in particolare per la fusoliera, il rivestimento alare, il bordo d'attacco e altre parti.
Altromateriali compositi sandwich
Nei velivoli a bassa quota, come i veicoli aerei senza pilota, oltre all'utilizzo di materiali rinforzati quali fibra di carbonio, fibra di vetro e fibra aramidica nel processo di fabbricazione, vengono ampiamente utilizzati anche materiali strutturali a sandwich come nido d'ape, pellicola, plastica espansa e colla espansa.
Nella selezione dei materiali per i pannelli sandwich, si utilizzano comunemente pannelli sandwich a nido d'ape (come quelli in carta, Nomex, ecc.), pannelli sandwich in legno (come betulla, paulownia, pino, tiglio, ecc.) e pannelli sandwich in schiuma (come poliuretano, cloruro di polivinile, polistirene espanso, ecc.).
La struttura a sandwich in schiuma è stata ampiamente utilizzata nella costruzione delle cellule dei droni grazie alle sue caratteristiche di impermeabilità e galleggiamento, nonché ai vantaggi tecnologici derivanti dalla possibilità di riempire completamente le cavità della struttura interna dell'ala e dell'impennaggio.
Nella progettazione di UAV a bassa velocità, le strutture sandwich a nido d'ape sono generalmente utilizzate per parti con requisiti di bassa resistenza, forme regolari, ampie superfici curve e facilità di realizzazione, come le superfici di stabilizzazione dell'ala anteriore, le superfici di stabilizzazione della coda verticale, le superfici di stabilizzazione delle ali, ecc. Per parti con forme complesse e piccole superfici curve, come le superfici dell'elevatore, le superfici del timone, le superfici del timone degli alettoni, ecc., si preferiscono le strutture sandwich in schiuma. Per le strutture sandwich che richiedono una maggiore resistenza, si possono scegliere strutture sandwich in legno. Per le parti che richiedono sia elevata resistenza che elevata rigidità, come il rivestimento della fusoliera, le travi a T, le travi a L, ecc., si utilizza solitamente la struttura laminata. La fabbricazione di questi componenti richiede la preformatura e, in base ai requisiti di rigidità nel piano, resistenza alla flessione, rigidità torsionale e resistenza, si selezionano la fibra di rinforzo, il materiale della matrice, il contenuto di fibre e il laminato appropriati, si progettano diversi angoli di stratificazione, strati e sequenza di stratificazione e si polimerizza attraverso diverse temperature di riscaldamento e pressioni di pressurizzazione.
Data di pubblicazione: 22 novembre 2024
