از منظر علم مواد و اقتصاد صنعتی، این مقاله به طور سیستماتیک وضعیت توسعه، تنگناهای فنی و روندهای آینده مواد کامپوزیتی فیبر کربن را در زمینه اقتصاد ارتفاع پایین تجزیه و تحلیل میکند. تحقیقات نشان میدهد که اگرچه فیبر کربن مزایای قابل توجهی در سبکسازی هواپیما دارد، اما کنترل هزینه، بهینهسازی فرآیند و ساخت سیستم استاندارد هنوز از عوامل کلیدی محدودکننده کاربرد آن در مقیاس بزرگ هستند.
۱. تحلیل سازگاری ویژگیهای مواد فیبر کربنی با اقتصاد در ارتفاع کم
مزایای خواص مکانیکی:
- استحکام ویژه به 2450 مگاپاسکال بر (گرم بر سانتیمتر مکعب) میرسد که 5 برابر آلیاژ آلومینیوم هوانوردی است.
- مدول ویژه بیش از 230GPa/(g/cm³) است، با اثر کاهش وزن قابل توجه
کاربرد اقتصادی:
- کاهش وزن سازه پهپاد به میزان ۱ کیلوگرم میتواند مصرف انرژی را حدود ۸ تا ۱۲ درصد کاهش دهد.
- به ازای هر 10 درصد کاهش وزن eVTOL، برد پیمایش 15 تا 20 درصد افزایش مییابد.
۲. وضعیت فعلی توسعه صنعتی
ساختار بازار جهانی:
- در سال ۲۰۲۳، کل تقاضای جهانی برای الیاف کربن ۱۳۵۰۰۰ تن خواهد بود که ۲۲٪ آن در صنعت هوافضا مصرف میشود.
- شرکت Toray ژاپن 38 درصد از بازار یدککشهای کوچک را در اختیار دارد.
پیشرفت داخلی:
- نرخ رشد مرکب سالانه ظرفیت تولید به 25 درصد (2018-2023) میرسد.
- نرخ بومیسازی T700 از 70 درصد فراتر رفته است، اما T800 و بالاتر هنوز به واردات متکی هستند.
۳. تنگناهای فنی کلیدی
سطح مواد:
- پایداری فرآیند پیشآغشته (مقدار CV باید در محدوده ۳٪ کنترل شود)
- استحکام اتصال سطح مشترک مواد کامپوزیت (باید به بیش از 80 مگاپاسکال برسد)
فرآیند تولید:
- راندمان تخمگذاری خودکار (در حال حاضر 30-50 کیلوگرم در ساعت، هدف 100 کیلوگرم در ساعت)
- بهینهسازی چرخه پخت (فرآیند اتوکلاو سنتی ۸ تا ۱۲ ساعت طول میکشد)
۴. چشمانداز کاربردهای اقتصادی در ارتفاع کم
پیشبینی تقاضای بازار:
- تقاضا برای فیبر کربن eVTOL در سال 2025 به 1500 تا 2000 تن خواهد رسید.
- پیشبینی میشود تقاضا در حوزه پهپاد در سال ۲۰۳۰ از ۵۰۰۰ تن فراتر رود.
روندهای توسعه فناوری:
- هزینه پایین (هدف کاهش یافته به ۸۰ تا ۱۰۰ دلار در هر کیلوگرم)
- تولید هوشمند (کاربرد فناوری دوقلوی دیجیتال)
- بازیافت و استفاده مجدد (بهبود کارایی روش بازیافت شیمیایی)
زمان ارسال: آوریل-10-2025