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Die Low-Altitude Economy
Bringt einen neuen Wachstumshorizont für Kohlefaser
(1) Kohlefaserverbundwerkstoffe: Das Schlüsselmaterial für die Herstellung leichter Luft- und Raumfahrtfahrzeuge
Kohlefaser ist ein Fasermaterial mit einem Kohlenstoffgehalt von über 90 % und zahlreichen Eigenschaften wie geringer Dichte, hoher spezifischer Festigkeit und hohem Modul. Seine Zugfestigkeit kann die von Stahl, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen bei gleichem Gewicht um mehr als das Neunfache übertreffen, während sein Elastizitätsmodul mehr als das Vierfache des von Stahl, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen betragen kann. Diese Vorteile machen Kohlefaser zu einer idealen Wahl für die Erzielung von Leichtbau in Luft- und Raumfahrtfahrzeugen. Durch den Einsatz von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen bei der Konstruktion von Flugzeugkörperstrukturen und Innenkomponenten kann das Gewicht des Flugzeugs erheblich reduziert, der Energieverbrauch minimiert und die strukturelle Festigkeit und Sicherheit erhöht werden. Der Einsatz von Kohlefaserverbundwerkstoffen beim Bau von eVTOLs kann dazu beitragen, das Gesamtgewicht des Flugzeugs um 30–40 % zu reduzieren.
Lange Carbonfaser-Verbundwerkstoffe im UAV-Bereich
Verbundwerkstoffe aus langen Kohlenstofffasern werden zunehmend im UAV-Bereich (Unmanned Aerial Vehicle) eingesetzt und spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der UAV-Leistung, der Verlängerung der Flugzeit sowie der Verbesserung der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
Hier sind die wichtigsten Anwendungen und Vorteile von Verbundwerkstoffen aus langen Kohlenstofffasern im UAV-Bereich:
1. Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit von UAV-Strukturen
Lange Carbonfaser-Verbundwerkstoffe weisen eine extrem hohe spezifische Festigkeit und spezifische Steifigkeit auf, sodass sie schwere Lasten tragen und dabei leicht bleiben können. Durch die Verwendung langer Kohlefaserverbundwerkstoffe in UAV-Strukturen wie Rumpf, Flügeln, Propellern und Fahrwerk können die Festigkeit und Steifigkeit des UAV erheblich verbessert werden, sodass es komplexen Flugumgebungen und Hochgeschwindigkeitsoperationen standhalten kann.
2. Gewichtsreduzierung und Verlängerung der Flugzeit
Das Gewicht ist ein Schlüsselfaktor, der die Flugzeit von UAVs beeinflusst. Lange Kohlefaserverbundwerkstoffe sind extrem leicht und bieten dennoch eine hervorragende Festigkeit, was dazu beiträgt, das Gesamtgewicht des UAV zu reduzieren. Dies wiederum verbessert die Batterieeffizienz und verlängert die Flugzeit. Leichtbau ist besonders wichtig bei kleinen UAVs und elektrischen vertikal startenden und landenden Flugzeugen (eVTOL).
3. Verbesserung der Schlagfestigkeit und Haltbarkeit
Die hohe Zähigkeit von Verbundwerkstoffen aus langen Kohlefasern ermöglicht es UAVs, bei Kollisionen oder extremen Wetterbedingungen eine hervorragende Schlagfestigkeit und Haltbarkeit aufrechtzuerhalten. Insbesondere in den Außenhüllen und kritischen Strukturkomponenten von UAVs verhindern Kohlefaserverbundwerkstoffe wirksam Strukturschäden und senken so die Wartungskosten.
4. Korrosionsbeständigkeit und Umweltanpassungsfähigkeit
Kohlefaserverbundwerkstoffe weisen eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit auf und eignen sich daher ideal für UAVs, die in rauen Umgebungen wie hoher Luftfeuchtigkeit oder Salzwasser eingesetzt werden. Dies macht lange Kohlefaserverbundwerkstoffe zu einer großartigen Wahl für Anwendungen in der Meeresüberwachung, beim Sprühen in der Landwirtschaft und bei anderen Einsätzen, die eine hohe Umweltbeständigkeit erfordern.
5. Elektromagnetische Abschirmleistung
Lange Kohlefaserverbundstoffe verfügen über bestimmte elektromagnetische Abschirmeigenschaften, die dazu beitragen, Störungen durch externe elektromagnetische Quellen auf die internen elektronischen Systeme des UAV zu reduzieren. Dies ist entscheidend für den stabilen Flug von UAVs in komplexen Umgebungen, insbesondere für Datenübertragungs- und Kommunikationssysteme.
6. Verbesserung der Sicherheit
Aufgrund der hervorragenden Ermüdungs- und Alterungsbeständigkeit von Kohlefaserverbundwerkstoffen verlängern sie effektiv die Lebensdauer von UAVs und verringern das Risiko eines Ausfalls aufgrund von Materialverschlechterung. Dies trägt zu einer verbesserten Flugsicherheit bei.
Anwendungsbeispiele:
Kleine Verbraucher-UAVs:Viele hochwertige Verbraucher-UAVs, wie beispielsweise bestimmte Modelle von DJI, haben damit begonnen, Kohlefaserverbundwerkstoffe in ihren Körperstrukturen, insbesondere in Flügeln und Stützrahmen, zu verwenden, um die Flugleistung und Haltbarkeit zu verbessern.
Militärische UAVs: Militärische UAVs, die eine hohe Haltbarkeit, Festigkeit und Tarnfähigkeit erfordern, verwenden häufig lange Kohlefaserverbundstoffe. Diese Materialien reduzieren nicht nur das Gewicht, sondern verbessern auch die strukturelle Festigkeit und die Tarneigenschaften.
Elektrisch vertikal startende und landende (eVTOL) Flugzeuge: eVTOLs stellen extrem hohe Anforderungen an die Gewichtsreduzierung. Lange Kohlefaserverbundstoffe sind ideale Strukturmaterialien für eVTOLs. Durch die Verwendung dieser Materialien können eVTOLs ein leichtes Design erreichen und gleichzeitig ausreichende Festigkeit und Steifigkeit gewährleisten, wodurch Reichweite und Flugeffizienz verbessert werden.