คู่มือวัสดุคอมโพสิตสำหรับ UAV: โครงสร้างลำตัว ปีก และผ้า NCF

อะไรคือคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิต UAV ที่ดี?

ในการบินจริง โครงสร้างโดรนมักเกิดความเสียหายจากการโก่งงอ (buckling) การบิดเบี้ยวจากแรงลม หรือแรงกระแทกตอนลงจอดมากกว่าแรงดึง ปัจจัยสำคัญที่สุดคือค่าความแข็งแกร่งต่อแรงเฉือนจำเพาะ ผ้าถึก NCF สองแกน ±45° จึงมีประสิทธิภาพเหนือกว่าผ้าทอทั่วไป: เส้นใยวางตัวตรงไม่มีรอยหยัก (crimp) ช่วยลดการสะสมความเค้นและลดปริมาณเรซินส่วนเกิน

นอกจากนี้ยังต้องการคุณสมบัติโปร่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (สำหรับสัญญาณ GNSS และวิทยุ), ผิวเรียบเนียนสำหรับการพ่นสี และความหนาที่สม่ำเสมอเพื่อรักษาจุดศูนย์ถ่วง (CG) ของเครื่องบิน

ลำตัว ปีก และแขนมอเตอร์: การวางทิศทางเส้นใยตามแนวรับแรง

• เปลือกลำตัวและแผงปิด — ผ้า NCF สองแกน ±45° (EBX 90-450 g/m²) สำหรับรับแรงเฉือนและแรงบิด เสริมชั้น 0°/90° เฉพาะจุดบริเวณยึดสลักเกลียว

• ปีกและแพนหาง — ชั้นเส้นใยทิศทางเดียว (UD) ตามแนวยาวของคานปีกเพื่อรับแรงดัด; ชั้นเปลือกบาง ±45° รับแรงบิดร่วมกับแกนโฟมน้ำหนักเบา

• แขนมอเตอร์และท่อโครงสร้าง — การพันท่อ ±45° หรือผ้า 3 แกน นิยมใช้วัสดุไฮบริดคาร์บอน/ใยแก้ว (คาร์บอนเพิ่มความแข็งเกร็ง ใยแก้วช่วยดูดซับแรงกระแทกและกันการกัดกร่อนกัลวานิก)

• ฝาครอบแฟริ่ง — ใช้ผ้าใยสั้นหรือผ้าสองแกนบางพิเศษสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ได้รับแรงโครงสร้างหลัก

ไม่ควรนำโครงสร้างคาร์บอนล้วนของโดรนแข่งขนาดเล็กมาใช้กับ UAV อุตสาหกรรมขนาด 25-150 กก. เพราะหน้างานจริงต้องการความเหนียวทนแรงกระแทกสูงกว่า

ผ้า NCF vs ผ้าทอ Roving vs ไฮบริดคาร์บอน

ผ้าทอ roving ทั่วไปมีราคาถูกแต่การขัดกันของเส้นด้ายทำให้ค่าโมดูลัสรับแรงกดและแรงเฉือนลดลง ผ้า NCF ยึดเส้นใยให้อยู่ในแนวตรง ผ้า NCF ±45° ขนาด 200 g/m² สามารถทดแทนผ้าทอที่หนากว่าด้วยความแข็งแกร่งเท่ากันแต่เบากว่าถึง 40%

คาร์บอนล้วนให้ความแข็งเกร็งสูงสุดแต่มีราคาสูง เปราะต่อแรงกระแทก และเสี่ยงต่อการกัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับอะลูมิเนียม ใยแก้วหรือวัสดุผสมไฮบริดจึงเป็นทางเลือกที่ทนทานและคุ้มค่าที่สุด

สำหรับบริเวณโดมเรดาร์และจุดติดตั้งเสาอากาศ ใยแก้วเป็นวัสดุบังคับเนื่องจากคาร์บอนจะปิดกั้นคลื่นวิทยุ

กระบวนการผลิต: การขึ้นรูปสุญญากาศ, การวางมือ และพรีเพร็ก

• การขึ้นรูปสุญญากาศ (VARI) — ให้คุณภาพและความคุ้มค่าดีที่สุดสำหรับการผลิตลำตัวเชิงอุตสาหกรรม ผ้า NCF ช่วยให้เรซินไหลผ่านได้เร็ว ปราศจากฟองอากาศ

• การขึ้นรูปด้วยมือ (Hand lay-up) — เหมาะสำหรับชิ้นงานต้นแบบ

• พรีเพร็ก (Prepreg) — สำหรับปีกเครื่องบินความเร็วสูงที่ต้องการความแม่นยำสูง

ต้องควบคุมสัดส่วนเรซินอย่างเข้มงวด การที่ปริมาณเรซินคลาดเคลื่อน 3-4% บนปีกยาว 2 เมตร จะทำให้น้ำหนักเพิ่มขึ้นและลดระยะเวลาการบินลงอย่างเห็นได้ชัด

ข้อแนะนำในการออกแบบโครงสร้าง UAV อุตสาหกรรม

1. คำนวณแรงบิดก่อน: กำหนดความหนาเปลือก ±45° ก่อน แล้วจึงเสริมเส้นใย 0° เฉพาะจุดที่ต้องรับแรงดัด

2. ป้องกันขอบชิ้นงาน: ขอบเปลือกบางมักเกิดการหลุดลอกรอบฝาเปิด ควรเสริมเทปใยแก้วตามขอบ

3. เสริมความแข็งแรงจุดยึด: เสริมแผ่น 0°/90° เฉพาะบริเวณขันน็อต แทนที่จะเพิ่มความหนาทั้งลำตัว

4. โปร่งคลื่นวิทยุ: บริเวณเสาอากาศต้องไม่ใช้คาร์บอนหรือโลหะ และใช้ใยแก้วบริสุทธิ์เท่านั้น

5. ซ่อมแซมง่าย: ผ้าใยแก้ว NCF สามารถซ่อมแซมหน้างานด้วยการปะติดเรซินได้ง่ายกว่าคาร์บอนไฟเบอร์

ผ้าคอมโพสิต UAV จาก Zhongjie

Zhongjie ผลิตผ้า NCF สองแกน ±45° น้ำหนักเบาพิเศษ (ซีรีส์ EBX, 90-450 g/m²) และผ้าไฮบริดคาร์บอน/ใยแก้วสำหรับลำตัว ปีก และแขนโดรน เหมาะสำหรับการขึ้นรูปสุญญากาศและการขึ้นรูปด้วยมือ ควบคุมน้ำหนักแม่นยำเพื่อน้ำหนักบินขึ้นที่สม่ำเสมอ

ดูข้อมูลทางเทคนิคและขอรับตัวอย่างได้ที่หน้าโซลูชัน UAV ของเรา