С точки зрения материаловедения и промышленной экономики в данной статье систематически анализируется состояние разработки, технические узкие места и будущие тенденции композитных материалов на основе углеродного волокна в области экономики малых высот. Исследования показывают, что хотя углеродное волокно имеет значительные преимущества в облегчении самолетов, контроль затрат, оптимизация процесса и стандартная конструкция системы по-прежнему являются ключевыми факторами, ограничивающими его широкомасштабное применение.
1. Анализ совместимости характеристик углеродного волокна с экономичностью на малых высотах
Преимущества механических свойств:
- Удельная прочность достигает 2450 МПа/(г/см³), что в 5 раз больше, чем у авиационного алюминиевого сплава.
- Удельный модуль упругости превышает 230 ГПа/(г/см³), что обеспечивает значительный эффект снижения веса.
Экономическое применение:
- Уменьшение веса конструкции дрона на 1 кг может снизить потребление энергии примерно на 8–12%.
- При снижении веса eVTOL на каждые 10% дальность полета увеличивается на 15–20%.
2. Текущее состояние развития промышленности
Структура мирового рынка:
- В 2023 году общемировой спрос на углеродное волокно составит 135 000 тонн, из которых 22% придется на аэрокосмическую отрасль.
- Японская компания Toray занимает 38% рынка малых эвакуаторов.
Внутренний прогресс:
- Годовой совокупный темп прироста производственных мощностей достигает 25% (2018-2023 гг.).
- Уровень локализации модели T700 превышает 70%, однако модели T800 и выше по-прежнему зависят от импорта.
3. Основные технические узкие места
Уровень материала:
- Стабильность процесса препрега (значение CV необходимо контролировать в пределах 3%)
- Прочность сцепления на границе композитного материала (должна достигать более 80 МПа)
Процесс производства:
- Эффективность автоматизированной яйцекладки (в настоящее время 30-50 кг/ч, цель 100 кг/ч)
- Оптимизация цикла отверждения (традиционный процесс в автоклаве занимает 8-12 часов)
4. Перспективы экономичного применения на малых высотах
Прогноз спроса на рынке:
- Спрос на углеродное волокно eVTOL достигнет 1500–2000 тонн в 2025 году
- Ожидается, что спрос в сфере беспилотников превысит 5000 тонн в 2030 году.
Тенденции развития технологий:
- Низкая стоимость (цель снижена до 80-100 долл./кг)
- Интеллектуальное производство (применение технологии цифровых двойников)
- Переработка и повторное использование (повышение эффективности метода химической переработки)
Время публикации: 10 апреля 2025 г.