مركبات ألياف الكربون: المادة التي تغير قواعد اللعبة والتي تعمل على تعزيز الاقتصاد على ارتفاعات منخفضة

مدونة

الاقسام

مدونة

مدونة جديدة

علامات

مركبات ألياف الكربون: المادة التي تغير قواعد اللعبة والتي تعمل على تعزيز الاقتصاد على ارتفاعات منخفضة 2024-12-23

اقتصاد الارتفاعات المنخفضة

يجلب أفق نمو جديد لألياف الكربون

(1) مركبات ألياف الكربون: المادة الأساسية لإنتاج مركبات فضائية خفيفة الوزن
ألياف الكربون عبارة عن مادة ألياف تحتوي على أكثر من 90% من محتوى الكربون، وتتميز بالعديد من الخصائص مثل الكثافة المنخفضة والقوة النوعية العالية والمعامل العالي. يمكن أن تتجاوز قوة الشد الفولاذ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم بأكثر من 9 مرات عند نفس الوزن، في حين أن معامل المرونة يمكن أن يكون أكثر من 4 أضعاف الفولاذ وسبائك الألومنيوم وسبائك التيتانيوم. هذه المزايا تجعل من ألياف الكربون خيارًا مثاليًا لتحقيق الوزن الخفيف في المركبات الفضائية. من خلال استخدام مواد مركبة من ألياف الكربون في بناء هياكل جسم الطائرة ومكوناتها الداخلية، يمكن تقليل وزن الطائرة بشكل كبير وتقليل استهلاك الطاقة وتعزيز القوة الهيكلية والسلامة. يمكن أن يساعد استخدام مركبات ألياف الكربون في بناء طائرات الإقلاع والهبوط العمودي (eVTOLs) في تقليل الوزن الإجمالي للطائرة بنسبة 30% إلى 40%.

Carbon Fiber Composites

(2) يجلب الاقتصاد على ارتفاعات منخفضة قوى دافعة جديدة لمركبات ألياف الكربون
نظرًا لأن طائرات الإقلاع والهبوط العمودي، والطائرات الصغيرة بدون طيار، وبعض الطائرات الخفيفة تعمل بالطاقة الكهربائية، فإن لديها متطلبات أعلى للمواد خفيفة الوزن. تلعب مركبات ألياف الكربون دورًا أكبر بكثير في هيكل ومكونات eVTOLs مقارنةً بالطائرات التقليدية. وفي قطاع الطيران التجاري، فإن حوالي 50% من هيكل طائرة بوينج 787 مصنوع من مواد مركبة. وفقًا لأبحاث ستراتفيو، فإن نسبة المواد المركبة المستخدمة في هيكل طائرات الإقلاع والهبوط العمودي تصل إلى 70%. أكثر من 90% من هذه المركبات عبارة عن ألياف الكربون المقواة، وحوالي 10% منها عبارة عن ألياف زجاجية معززة. وهذا يعني أن مركبات ألياف الكربون تمثل أكثر من 63% من إجمالي المواد المستخدمة في المركبات الكهربائية العمودية. في المواد المركبة للمركبة eVTOL، سيتم استخدام ما يقرب من 75%-80% في الأجزاء الهيكلية وأنظمة الدفع، و12%-14% في الهياكل الداخلية مثل العوارض وهياكل المقاعد، والنسبة المتبقية 8%-12% في أنظمة البطاريات وإلكترونيات الطيران، وغيرها من التطبيقات الصغيرة.

(3) الاستخدام المكثف لمركبات ألياف الكربون في نماذج الطائرات الكهربائية العمودية
الشركات المصنعة المحلية الثلاثة الأكثر شيوعًا للطائرات العمودية الكهربائية هي EHang، وXPeng Aeroht، وVertical Aerospace. وتشمل النماذج التي تم الكشف عنها علنًا من هذه الشركات EH216-S من EHang، وXPeng Aeroht’s Traveler X2، وShengshi Long من Vertical Aerospace. بالنسبة للطائرات التجارية التقليدية، الحد الأقصى لوزن الإقلاع = الوزن الفارغ + وزن الوقود + الحمولة القصوى. نظرًا لأن طائرات eVTOL تعمل بالكهرباء فقط، فإن الحد الأقصى لوزن الإقلاع = الوزن الفارغ + الحد الأقصى للحمولة الصافية. وبطرح الحد الأقصى للحمولة من الحد الأقصى لوزن الإقلاع، يمكننا تقدير الوزن الفارغ. وفقًا للبيانات التي تم الكشف عنها، تم حساب الحد الأقصى للحمولة الفردية لمركبة Traveler X2 على أنها (560-360)/2 = 100 كجم. بالإضافة إلى ذلك، كشفت شركة China Hengrui HRC أن جزءًا من هيكل XPeng Aeroht X2 تم تصنيعه حصريًا بواسطة HRC، حيث يزن الجزء المصنوع من ألياف الكربون 85 كجم فقط. ولذلك فإن نسبة مركبات ألياف الكربون = 85/360 = 23.6%. بافتراض أن eVTOLs من EHang وVertical Aerospace تستخدم أيضًا مركبات ألياف الكربون بنفس النسبة البالغة 23.6%.

(4) ستصبح المركبات الكهربائية VTOL محركًا جديدًا لنمو ألياف الكربون في قطاع الطيران
وفقًا لأبحاث ستراتفيو، من المتوقع أن ينمو الطلب على المواد المركبة في صناعة الطائرات الكهربائية والطائرات العمودية بشكل كبير في السنوات الست المقبلة، حيث يرتفع من حوالي 1.1 مليون جنيه إسترليني (حوالي 500 طن) في عام 2024 إلى 25.9 مليون جنيه إسترليني (حوالي 11.750 طنًا) في عام 2030 بمعدل نمو حوالي 22.5 مرة وبمعدل نمو سنوي قدره 69%. ووفقاً لتوقعات CAO Carbon Fiber، فإن الطلب على ألياف الكربون في قطاع الطيران سيرتفع من 22000 طن في عام 2023 إلى 48635 طناً بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي قدره 12%. ولا تأخذ هذه التوقعات في الاعتبار حتى الآن التعزيز المحتمل لصناعة الطائرات الكهربائية والطائرات العمودية بسبب زيادة دعم السياسات. إذا أشرنا إلى هذين الإسقاطين الثابتين، فمن المتوقع أن يمثل الطلب على ألياف الكربون في قطاع الطيران من الطائرات الكهربائية العمودية 24.2% بحلول عام 2030. ومع تسارع نشر الطائرات الكهربائية والطائرات بدون طيار مدفوعًا بمحفزات السياسة، يمكن أن تكون هذه النسبة أعلى. ومن الواضح أن الطائرات الكهربائية العمودية ستصبح مصدرًا مهمًا للطلب على ألياف الكربون في قطاع الطيران بحلول عام 2030.

مركبات ألياف الكربون الطويلة في مجال الطائرات بدون طيار

يتم تطبيق المواد المركبة من ألياف الكربون الطويلة بشكل متزايد في مجال الطائرات بدون طيار (المركبات الجوية بدون طيار)، حيث تلعب دورًا حاسمًا في تعزيز أداء الطائرات بدون طيار، وتمديد وقت الرحلة، وتحسين المتانة والموثوقية.

فيما يلي التطبيقات والمزايا الرئيسية لمركبات ألياف الكربون الطويلة في قطاع الطائرات بدون طيار:

1. تعزيز قوة وصلابة هياكل الطائرات بدون طيار
تتمتع مركبات ألياف الكربون الطويلة بقوة محددة عالية للغاية وصلابة محددة، مما يمكنها من تحمل الأحمال الثقيلة مع الحفاظ على خفة الوزن. باستخدام مركبات ألياف الكربون الطويلة في هياكل الطائرات بدون طيار مثل جسم الطائرة والأجنحة والمراوح ومعدات الهبوط، يمكن تحسين قوة وصلابة الطائرة بدون طيار بشكل كبير، مما يضمن قدرتها على تحمل بيئات الطيران المعقدة والعمليات عالية السرعة.

2. تقليل الوزن وتمديد زمن الرحلة
الوزن هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على زمن طيران الطائرات بدون طيار. تتميز مركبات ألياف الكربون الطويلة بأنها خفيفة الوزن للغاية ولكنها توفر قوة ممتازة، مما يساعد على تقليل الوزن الإجمالي للطائرة بدون طيار. وهذا بدوره يحسن كفاءة البطارية ويطيل زمن الرحلة. يعد التصميم خفيف الوزن مهمًا بشكل خاص في الطائرات بدون طيار الصغيرة وطائرات الإقلاع والهبوط العمودي الكهربائية (eVTOL).

3. تحسين مقاومة الصدمات والمتانة
تسمح المتانة العالية لمركبات ألياف الكربون الطويلة للطائرات بدون طيار بالحفاظ على مقاومة ممتازة للصدمات ومتانة عند مواجهة الاصطدامات أو الظروف الجوية القاسية. تمنع مركبات ألياف الكربون بشكل فعال الأضرار الهيكلية، خاصة في الأغلفة الخارجية والمكونات الهيكلية المهمة للطائرات بدون طيار، مما يقلل من تكاليف الصيانة.

4. مقاومة التآكل والقدرة على التكيف البيئي
تتمتع مركبات ألياف الكربون بمقاومة استثنائية للتآكل، مما يجعلها مثالية للطائرات بدون طيار المستخدمة في البيئات القاسية مثل الرطوبة العالية أو التعرض للمياه المالحة. وهذا يجعل مركبات ألياف الكربون الطويلة خيارًا رائعًا لتطبيقات المراقبة البحرية والرش الزراعي والمهام الأخرى التي تتطلب مرونة بيئية قوية.

5. أداء التدريع الكهرومغناطيسي
تمتلك مركبات ألياف الكربون الطويلة خصائص حماية كهرومغناطيسية معينة، مما يساعد على تقليل التداخل من المصادر الكهرومغناطيسية الخارجية على الأنظمة الإلكترونية الداخلية للطائرة بدون طيار. وهذا أمر بالغ الأهمية للطيران المستقر للطائرات بدون طيار في البيئات المعقدة، وخاصة لنقل البيانات وأنظمة الاتصالات.

6. تحسين السلامة
نظرًا للمقاومة الممتازة للتعب ومقاومة الشيخوخة لمركبات ألياف الكربون، فإنها تعمل على إطالة عمر الطائرات بدون طيار بشكل فعال، مما يقلل من خطر الفشل بسبب تدهور المواد. وهذا يساهم في تحسين سلامة الطيران.

أمثلة التطبيق:
الطائرات بدون طيار الاستهلاكية الصغيرة:بدأت العديد من الطائرات بدون طيار الاستهلاكية المتطورة، مثل نماذج معينة من DJI، في استخدام مركبات ألياف الكربون في هياكل أجسامها، خاصة في الأجنحة وإطارات الدعم، لتعزيز أداء الطيران ومتانته.

الطائرات العسكرية بدون طيار: تستخدم الطائرات بدون طيار العسكرية، التي تتطلب متانة وقوة وقدرات تخفي عالية، على نطاق واسع مركبات ألياف الكربون الطويلة. هذه المواد لا تقلل الوزن فحسب، بل تعزز أيضًا القوة الهيكلية وميزات التخفي.

الطائرات الكهربائية ذات الإقلاع والهبوط العمودي (eVTOL): تتمتع طائرات eVTOLs بمتطلبات عالية للغاية لتقليل الوزن. تعتبر مركبات ألياف الكربون الطويلة من المواد الهيكلية المثالية لمركبات eVTOL. باستخدام هذه المواد، يمكن لطائرات الإقلاع والهبوط العمودي تحقيق تصميمات خفيفة الوزن مع ضمان القوة والصلابة الكافية، وبالتالي تحسين المدى وكفاءة الطيران.

علامات :

what are you looking for?