Płatowce UAV odnoszą się do głównej struktury fizycznej bezzałogowego statku powietrznego lub drona, na którym zainstalowane są wszystkie istotne komponenty, takie jak systemy awioniki, ładunki, silniki.
Jakość płatowców zależy od charakteru misji, ciężaru ładunku, który ma przenosić, oraz podejścia do startu i lądowania drona. Wysoka wytrzymałość przy minimalnej możliwej masie, duża ładowność, doskonała zwrotność i wysoka wydajność w zawisie to podstawowe wymagania wszystkich płatowców. Wojskowe UAV wymagają dużej wytrzymałości, aby utrzymać się w powietrzu przez długi czas.
Wszystkie nowoczesne drony są wyposażone w szereg czujników i innych systemów, co nieuchronnie zwiększa całkowitą wagę i skraca czas lotu.
Dlatego redukcja masy ma kluczowe znaczenie, a do budowy płatowców producenci używają dziś niekonwencjonalnych materiałów, takich jak kompozyty (zwykle wykonane z włókien i żywic), które zmniejszają masę UAV bez uszczerbku dla ich wytrzymałości.
Istnieje kilka typowych materiałów i kompozytów stosowanych w płatowcach UAV:
1. Plastikowe
Plastik można łatwo formować w solidne przedmioty o różnych rozmiarach i kształtach. Plastik jest lżejszy niż stopy metali, ma wysokie właściwości plastyczne i zapewnia wysoką odporność na korozję i chemikalia. Charakteryzuje się również niską przewodnością elektryczną i cieplną oraz doskonałą trwałością i wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy. Plastik jest bardzo opłacalny. Śmigła i płozy drona są zwykle wykonane z plastiku.
2. Stopy aluminium
Aluminium jest powszechnym metalem używanym do budowy płatowców dronów. Znane ze swojej niskiej gęstości i wysokiej wytrzymałości stopy aluminium są odporne na korozję poprzez pasywację, co czyni je idealnym wyborem dla przemysłu lotniczego.
3. Kompozyty
W porównaniu z aluminium kompozyty zmniejszają wagę o 15-45%. Poza wysoką wytrzymałością, kompozyty są odporne na korozję powodowaną przez słoną wodę i elektrolizę. W przypadku zderzeń z ptakami lub wypadków pochłaniają energię uderzenia, zamiast przenosić ją na niższe jednostki. Wytwarzają niższy poziom hałasu lub wibracji w przeciwieństwie do aluminium lub jakiegokolwiek innego metalu.
Niektóre z konwencjonalnych kompozytów stosowanych w płatowcach to polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP), polimery wzmocnione włóknem szklanym (GFRP), polimery wzmocnione włóknem borowym (BFRP) i polimery wzmocnione włóknem aramidowym (AFRP).
a. Polimery wzmocnione włóknem węglowym (CFRP)
Włókno węglowe to połączenie włókien węglowych i żywic termoutwardzalnych, oferujące redukcję masy, wytrzymałość, zwiększoną trwałość i niski skurcz termiczny. W celu stworzenia włókna węglowego atomy węgla są ustawione równolegle do głównej osi włókna. Do użytku komercyjnego nawija się razem tysiące włókien. Włókna węglowe są ekonomiczne, mocniejsze niż stal, lżejsze niż aluminium i sztywniejsze niż tytan. Można go łatwo produkować masowo. Hexcel Corporation jest jednym z wiodących graczy rozwijających włókna węglowe. Tworzą włókno węglowe HexTow, łącząc wszystkie rodzaje żywic termoutwardzalnych i termoplastycznych.
b. Polimery wzmocnione włóknem szklanym (GFRP)
Drugi najczęściej używany materiał w płatowcach, włókno szklane, oferuje niskie wydłużenie materiału i wysoką wytrzymałość materiału. Ponadto jest łatwy w produkcji i wymaga niewielkiej konserwacji. Włókno szklane nadaje się do różnorodnych zastosowań ze względu na wysoką wytrzymałość, zwiększoną elastyczność, długą trwałość, doskonałą stabilność oraz wysoką odporność na ciepło, temperaturę i wilgoć. Jest lekki i można go formować do projektowania osłon i podłoży antenowych. Owens Corning (USA) jest jednym z wiodących graczy opracowujących polimery wzmacniane włóknem szklanym. Inni wiodący producenci to Jushi Group (Chiny), Owens Corning (USA), Taishan Fiberglass Inc. (Chiny), CPIC (Chiny), Saint-Gobain Vertex (Francja), Nippon Sheet Glass (Japonia) i Johns Manville (USA). , między innymi.
c. Polimery wzmocnione włóknem boru (BFRP)
Włókno borowe jest najmocniejszym i najdroższym materiałem dostępnym na rynku dla płatowców. BFRP jest używany w myśliwcach F-15, bombowcach B-1, śmigłowcach Black Hawk, promach kosmicznych i Predatorze ze względu na doskonałą wytrzymałość na ściskanie. Polimer ten ma sześciokrotnie większy moduł sprężystości w porównaniu z GFRP. Włókno boru jest używane w amerykańskich samolotach wojskowych, takich jak F-14 i F-15. Ograniczone zastosowanie włókna borowego przypisuje się jego toksycznemu charakterowi, wysokim kosztom i zwiększonej kruchości w porównaniu z innymi włóknami. Nie jest preferowany dla pojazdów naziemnych i podwodnych. Specialty Materials, Inc. jest wiodącym producentem wyrobów z włókien boru.
Polimer wzmocniony włóknem aramidowym.
d. Polimer wzmocniony włóknem aramidowym (AFRP)
Włókno aramidowe to włókno syntetyczne, które zapewnia wysoką odporność na uderzenia i zwiększoną sztywność. Cięcie AFRP wymaga dużej dokładności i precyzji, co czyni je drogimi i trudnymi w użyciu. Włókno aramidowe znane jest pod różnymi nazwami handlowymi, takimi jak Nomex (meta-aramid) czy Kevlar (para-aramid). Jest szeroko stosowany w balistyce wojskowej i kamizelkach kuloodpornych ze względu na podatność na światło, kompresję i higroskopię. Kevlar i Twaron to dwa najpopularniejsze włókna aramidowe. Stosowane są w elementach samolotów, helikopterach, pojazdach kosmicznych, rakietach, kajakach, łodziach motorowych, hamulcach, sprzęgłach itp.
Oto niektóre z głównych zalet stosowania kompozytów w płatowcach UAV zamiast metali:
- lekki, oznaczający energooszczędność drona
- niesamowicie silny i bardzo musiał się złamać
- odporność na korozję i ściskanie
- niskie błędy obróbki
- elastyczność projektowania. Łatwe do wyprodukowania skomplikowane części
- maksymalna sztywność i wytrzymałość
- mniejsza liczba zespołów i elementów złącznych
- większe możliwości „ukrycia” przy niskiej absorpcji radaru i mikrofal
- niska rozszerzalność cieplna podczas lotów na dużych wysokościach
- niska konserwacja
Kompozyty mają również pewne wady w porównaniu z metalami. Są to:
- drogie w budowie
- degradacja struktury w wysokiej temperaturze i w mokrych warunkach
- rozwarstwienia i pęknięcia
- niska absorpcja energii, co skutkuje dużym uderzeniem podczas twardego lądowania
- pracochłonny i złożony proces produkcyjny
- wyższy koszt utrzymania