Tính toán thiết kế mô phỏng kết cấu cánh máy bay UAV

Cánh chính là bộ phận quan trọng của máy bay, là bộ phận chủ đạo tạo ra lực nâng cho máy bay, nếu không muốn nói là toàn bộ. Đối với các mẫu UAV sử dụng năng lượng mặt trời thì khu vực này còn là vị trí lắp đặt các cell pin mặt trời để sinh ra điện năng cung cấp cho toàn hệ thống. Vì vậy thiết kế cánh là một công đoạn rất quan trọng, với nguyên tắc là nhẹ nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo đủ bền, đủ khả năng chống uốn và chống xoắn trong quá trình vận hành bay và bảo vệ tối đa cho các trang thiết bị bên trong cánh. Khung xương là kết cấu quan trọng của cánh, giúp định hình hình dạng của cánh. Các profile cung cấp hình dạng khí động cho cánh để có thể tạo ra lực nâng. Các profile sẽ được liên kết với nhau thông qua các thanh ngang spar và các ống dầm, tạo thành bộ khung xương của cánh, đóng vai trò cơ bản trong chịu lực. Các thanh spar cũng đều sử dụng vật liệu carbon nhằm đảm bảo nhẹ nhưng vẫn đủ độ bền.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SỐ TRONG TÍNH

TOÁN KẾT CẤU HÀNG KHÔNG

Chủ đề: Thiết kế, tính toán, mô phỏng kết cấu cánh máy

1 Yêu cầu thiết kế và thông số

Thiết kế kết cấu cánh máy bay không người lái (UAV) với các thông số như hình vẽ

Khối lượng cất cánh tối đa 12 kg

Cánh sử dụng profil Eppler 212 có độ dày tối đa 10,6% tại 27,5% dây cung Độvòng tối đa của đường trung bình là 2,5% tại 61,3% dây cung

Hình 2 Profile Eppler 212

Profil Eppler có biểu đồ hệ số lực nâng, hệ số lực cản theo góc đặt cánh và hệ sốkhí động như các đồ thị dưới đây

Hình 3 Hệ số lực nâng lực cản theo góc đặt cánh

Hình 4 Hệ số chất lượng khí động theo góc đặt cánh

2 Nghiên cứu lý thuyết

2.1 Tính toán các thông số khí động của cánh

Với góc đặt cánh 4 độ, tra đồ thị có hệ số lực nâng là 0,9 Sử dụng công thức lựcnâng

Vậy 1 cánh theo lý thuyết có thể tạo ra 36 kg lực nâng

Tâm khí động thường ở khoảng 25% dây cung, vì vậy để thanh xà chính ở vị trí 0,1

m từ mép vào

2.2 Kết cấu cánh

Cánh của máy bay được thiết kế để nâng nó lên không trung Thiết kế đặcbiệt cho bất kỳ máy bay nào đều phụ thuộc vào các yếu tố, chẳng hạn như kíchthước, trọng lượng, mục đích máy bay, tốc độ mong muốn trong khi bay bằng vàkhi hạ cánh Cánh của máy bay được chỉ định trái và phải, tương ứng với bên trái

và bên phải của người khi ngồi trong buồng lái Cánh thường có thiết kế đúc đầy

đủ Điều này có nghĩa là chúng được xây dựng sao cho không cần giằng ngoài.Chúng được hỗ trợ bên trong bởi các thành phần cấu trúc vỏ máy bay Một số loạicánh máy bay khác sử dụng thanh chống bên ngoài hoặc dây để hỗ trợ cánh vàmang tải trọng khí động học và tải trọng hạ cánh Cáp hỗ trợ cánh và thanh chốngthường được làm từ thép Nhiều thanh chống và khớp nối đính kèm của chúng cófairings để giảm lực cản Một cách ngắn gọn, gần với hỗ trợ dọc được gọi là thanhchống, được tìm thấy trên thanh chống gắn vào cánh một khoảng cách rất xa từthân máy bay Điều này phục vụ để triệt tiêu chuyển động thanh chống và dao độnggây ra bởi không khí xung quanh thanh chống cho thấy mẫu cánh sử dụng giằngngoài, còn được gọi là cánh bán công xôn Cánh công xôn được xây dựng không cóbên ngoài giằng cũng được hiển thị

Vật liệu chính để xây dựng cánh máy bay là nhôm, nhưng đôi khi cũng cóthể phủ gỗ hoặc vải để giảm khối lượng, hoặc cũng có thể dùng hợp kim magiê.Máy bay hiện đại ngày nay đang có xu hướng giảm khối lượng hơn nữa đi đôi vớiyêu cầu cứng vững hơn nên vật liệu được thay thế bằng composite sợi carbon Cáccấu trúc bên trong cánh hầu hết được tạo từ các thanh xà dọc và các tấm chạy dọcsườn

Các thanh xà là thành phần chủ chốt của cánh, nó chịu cả lực tập trung và lựcphân tán như biên dạng, càng đáp và động cơ

Vỏ cánh được gắn bên ngoài kết cấu, chịu phần lớn tải trọng trong quá trìnhbay Nó cũng truyền tải đến khung sườn.

Khung sườn, truyền tải đến các thanh xà

Nhìn chung, kết cấu cánh được xây dựng dựa trên 1 trong 3 thiết kế cơ bản:

Dạng kết cấu cánh dầm hộp (box beam) sử dụng hai thành phần kết cấu dọcchính và liên kết các vách ngăn với nhau để tăng độ bền cho kết cấu và tạo ra biêndạng cho cánh Giữa các vách ngăn và lớp vỏ bên ngoài của cánh có thể bố trí mộttấm kim loại lượn sóng để cánh có thể chịu tốt hơn các tải trọng kéo và nén Trongmột số trường hợp, các gân tăng cứng (stiffener) | lớn chạy dọc được sử dụng đểthay thế cho các tấm kim loại lượn sóng Đôi khi, các tấm lượn sóng và các gântăng cứng được sử dụng đồng thời, trong đó tấm lượn sóng sử dụng ở mặt trên của

cánh và gân tăng cứng sử dụng ở mặt dưới của cánh Kết cấu cánh dầm hộp thườngđược sử dụng cho dạng máy bay vận tải hàng không.

Hình 5 Kết cấu cánh

2.2.1 Thanh xà dọc cánh

Xà dọc là cấu trúc cơ bản của cánh, nó giống như xà dọc của thân máy bay.Chúng có phương ngang so với thân máy bay, nối từ gốc cánh tới đầu mút cánh Xàdọc được làm bằng hợp kim, gỗ hoặc vật liệu composite phục thuộc vào thiết kếcủa từng loại máy bay

Phần lớn xà dọc máy bay ngày nay được làm bằng hợp kim nhôm nguyênkhối hoặc hợp kim nhôm được tán gắn vào nhau Với việc đẩy mạnh sử dụngcomposite và kết hợp các loại vật liệu làm cho việc thiết kế cánh rất đa dạng

Hình 6 Các dạng thanh chữ I

Trong kết cấu thanh xà chữ I, phần trên và dưới được gọi là mũ (caps) và tiếtdiện thẳng được gọi là kết cấu mạng (webs) Cả thanh xà có thể được đúc từ 1 khốikim loại và đục lỗ nhưng nó thường được làm từ nhiều phần được gắn vào nhau.Kết cấu mạng gia cường cho thiết kế Kết hợp lại chúng chịu được tải uốn củacánh, phần mũ tạo phần nền để gắn được vỏ cánh

Hình 7 Cấu tạo thanh chữ I

Ngoài ra, cấu trúc an toàn hư hại luôn được thiết để để đảm bào an toàn Cónghĩa là khi 1 thanh xà nào đó hỏng, các thanh xà khác sẽ chia sẻ tải trọng của phần

hư hại để đảm bảo kết cấu vẫn tiếp tục được nghiệm vụ

Cánh luôn có 2 thanh xà chính Một thường để phía trước cánh, cái còn lại ở2/3 khoảng cánh từ mép vào đến mép ra cánh Bất kể thiết kế nào, thanh xà dọc làmột phần rất quan trọng của cánh Khi cấu trúc của cánh quá tải, phần lớn ứng suấtsinh ra tác dụng vào xà dọc Luôn có các thanh xà dọc hỗ trợ bổ sung, chúng cùngphương với xà chính nhưng không dài hết chiều dài của cánh.

2.2.2 Cánh dạng khung sườn (Wing Ribs)

Khung sườn là cấu trúc kết hợp xà dọc và dầm gắn để tạo nên khung cánh

Nó thường được sử dụng để mở rộng diện tích cánh từ thanh xà trước tới mép vàohoặc mép ra Khung sường tạo hình dạn cho cánh và truyền tỉa từ vỏ và dầm gắntới xà dọc Các cấu trúc sườn tương tự được dùng trong cánh liệng, cánh lái độ cao,cánh lái hướng Sườn cánh thường được tạo từ kim loại

Hình 8 Các thành phần cấu tạo kết cấu cánh

Sườn cánh bao gồm sườn phụ và sườn chính Sườn chính nối liền mép vào tới thanh xà dọc và mép ra Sường phụ có chức năng đảm bảo ăn toàn nên chỉ nối

từ méo vào tới thanh xà trước

Hình 9 Kết cấu cánh

2.2.3 Bề mặt cánh

Thông thường, bề mặt trên một cánh được thiết kế để mang một phần tảitrọng của chuyến bay và tải trọng mặt đất kết hợp với các xà dọc và xà ngang Đâyđược biết đến như một thiết kế bề mặt chịu ứng suất Phần cánh đúc rỗng hoàn toànbằng kim loại, được minh họa trong Hình cho thấy cấu trúc của một thiết kế nhưvậy Việc không có thêm trụ chống bên ngoài đòi hỏi bề mặt phải chịu một phần tải,Lưu ý bề mặt bị cứng để hỗ trợ chức năng này

Nhiên liệu thường được mang bên trong cánh của một chiếc máy bay chịuứng suất bề mặt Các khớp trong cánh có thể được bịt kín bằng chất trám chịu nhiênliệu đặc biệt cho phép nhiên liệu được lưu trữ trực tiếp bên trong kết cấu Đây đượcgọi là thiết kế cánh ướt Cách khác, bể chứa nhiên liệu có thể được lắp bên trongcánh Hình 1-36 cho thấy một phần cánh với thiết kế cấu trúc dầm như thế có thểtìm thấy trong một máy bay loại vận tải Cấu trúc này tăng sức mạnh trong khigiảm trọng lượng Việc bịt kín đúng cấu trúc cho phép nhiên liệu được lưu trữtrong các phần hộp của cánh Bề mặt cánh trên máy bay có thể được làm từ nhiềuloại vật liệu như vải, gỗ hoặc nhôm Nhưng một tấm vật liệu mỏng không phải lúcnào cũng được sử dụng Bề mặt nhôm hóa học có thể cung cấp cho bề mặt có độdày khác nhau

Hình 10 Bề mặt cánh

Trên máy bay có thiết kế cánh chịu ứng suất, các tấm cánh có cấu trúc tổ ongthường được sử dụng làm bề mặt Một cấu trúc tổ ong được xây dựng từ một vậtliệu cốt lõi giống như tổ ong của ong được ép hoặc kẹp giữa các tấm bề mặt mỏngbên ngoài Hình minh họa các tấm tổ ong và các thành phần của chúng Các tấmhình thành như thế này nhẹ và rất mạnh Chúng có nhiều cách sử dụng trên máybay, chẳng hạn như tấm sàn, vách ngăn và bề mặt điều khiển, cũng như bề mặtcánh Hình cho thấy vị trí của các tấm cánh xây dựng tổ ong trên máy bay vận tảiphản lực Một bảng tổ ong có thể được làm từ nhiều loại vật liệu Tổ ong lõi nhômvới lớp vỏ ngoài bằng nhôm là phổ biến Nhưng tổ ong trong đó cốt lõi là kết cấuArimidiber và các tấm bên ngoài được phủ Phenolic thường là tốt Trên thực tế, vô

số các kết hợp vật liệu khác như sử dụng sợi thủy tinh, nhựa, Nomex Kevlar và sợicarbon đều tồn tại Mỗi cấu trúc tổ ong sở hữu các đặc điểm độc đáo tùy thuộc vàovật liệu, kích thước và kỹ thuật sản xuất được sử dụng Hình cho thấy toàn bộ cạnhđầu cánh được hình thành từ cấu trúc tổ ong

ra điện năng cung cấp cho toàn hệ thống Vì vậy thiết kế cánh là một công đoạn rấtquan trọng, với nguyên tắc là nhẹ nhất có thể nhưng vẫn đảm bảo đủ bền, đủ khảnăng chống uốn và chống xoắn trong quá trình vận hành bay và bảo vệ tối đa chocác trang thiết bị bên trong cánh.

Khung xương là kết cấu quan trọng của cánh, giúp định hình hình dạng củacánh Các profile cung cấp hình dạng khí động cho cánh để có thể tạo ra lực nâng.Các profile sẽ được liên kết với nhau thông qua các thanh ngang spar và các ốngdầm, tạo thành bộ khung xương của cánh, đóng vai trò cơ bản trong chịu lực Cácthanh spar cũng đều sử dụng vật liệu carbon nhằm đảm bảo nhẹ nhưng vẫn đủ độbền

Khung xương cánh có 11 thanh sườn tạo hình và gia cường bề mặt Bề dàymỗi tấm lấy sơ bộ là 20 mm Để giảm tối đa trọng lượng, khoét các thanh sườn tại

vị trí không chịu tải Đồng thời tạo lỗ để cắm các thanh xà và dầm Do hình dạng

cánh có hình chữ nhật ở đầu và giữa, hình thang ở đầu mút cánh nên các thanhsườn có hình dạng nhỏ dần theo đó nhưng độ dày thì không đổi Các thanh sườnnày được chế tạo bằng composite.

Hình 12 Các thanh sườn cánh

Sử dụng một thanh dầm spar chữ I làm bằng composite tại vị trí 25% dâycung từ mép vào Thanh chữ I có chiều cao 36 mm, dày 2 mm, rộng 30 mm Thanhchữ I có khả năng chịu tải tốt với trọng lượng nhẹ do ứng dụng kết cấu sandwichkhiến tối ưu khả năng chịu tải của vật liệu Tại vị trí 25% lực khí động tác động chủyếu làm uốn cánh máy bay vì vật đây là vị trí cần được gia cường Với việc sử dụngthành chữ I đứng tại vị trí đó khiến khả năng chịu uốn của cánh tốt hơn thanh trụtròn

Tại gần mép vào của phần cánh bên trong sử dụng thanh trụ tròn làm bằngCarbon có đường kính D=25 mm, dày 2 mm, dài 1,8 m để tăng cứng trước lực khíđộng tác động trực tiếp tới mép vào của cánh Với mép vào của phần cánh bênngoài và mép ra của phần cánh bên trong, sử dụng ống carbon có đường kính D =12,5 m và dài 1,2 m, chiều dày 2 mm Hai phần cánh được nối với nhau bằng ống

carbon có đương kính D = 18 mm dài 1,8 m dày 2 mm

Hình 13 Thanh Carbon

Đối với máy bay cánh composite carbon, lớp phủ vỏ cánh được chế tạo từvải carbon ép nhựa epoxy, giúp cho ra đời tấm phủ vỏ cánh có hình dạng và kíchthước chính xác theo yêu cầu với tuổi thọ và độ bền cao, khả năng chịu lực và ứng

suất tốt trong khi rất mỏng và nhẹ, độ dày vỏ cánh chỉ khoảng 0,2÷2 mm Ngoài ra,trong trường hợp máy bay gặp tai nạn thì mức độ bảo vệ của vỏ cánh đối với kếtcấu máy bay và các thiết bị bên trong cũng sẽ tốt hơn nhiều.

Đối với máy bay cánh gỗ, lớp phủ vỏ cánh được chế tạo từ gỗ balsa mỏngbọc ngoài khung xương và sử dụng decal để dán phủ ngoài cùng Ưu điểm của cáchlàm này là đơn giản, nhanh chóng, tiện lợi và không đòi hỏi nhiều trang thiết bị.Tuy nhiên chúng lại có nhược điểm lớn là tuổi thọ và độ bền rất thấp, dễ bị phá hủy

và gần như không có vai trò gì trong chịu lực, chịu ứng suất

Với vỏ cánh bằng composite carbon, vấn đề chịu lực và ứng suất sẽ được san

sẻ đều hơn giữa vỏ cánh và khung xương cánh Đây cũng là một tác nhân quantrọng để giảm mật độ profile cánh

3.2 Chọn vật liệu

3.2.1 Vật liệu Composite:

Hiện nay thiết bị bay không người lái UAV ngày càng được sử dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực khác nhau, cho cả mục đích quân sự và dân sự UAVs có thểđược dùng để theo dõi, tuần tiễu, trinh sát, dập lửa v.v Đặc trưng chung của loạithiết bị bay này là vận tốc nhỏ và thời gian bay trên không rất dài, có thể tính bằngngày Bởi vậy, việc giảm tải trọng kết cấu thiết bị bay là một đòi hỏi cấp thiết Mộttrong những phương pháp giảm khối lượng kết cấu là sử dụng vật liệu composite.Loại vật liệu này khác với các vật liệu truyền thống như hợp kim nhôm bởi khốilượng riêng nhỏ hơn hẳn Vật liệu composite cũng có tính chất dị hướng tùy thuộcvào tổ hợp hướng sợi khác nhau Tính chất dị hướng của kết cấu từ vật liệucomposite đã được sử dụng khi thiết kế máy bay có cánh mũi tên ngược Tính chấtnày cho phép gắn biến dạng uốn với biến dạng xoắn của cánh qua đó tác động đếntải trọng UAVs thường có cánh thẳng độ dãn dài lớn, do đó hiệu ứng giảm tải từđuôi cánh không xảy ra giống như trường hợp cánh mũi tên ngược, do vậy khôngthể giảm mô men uốn tính toán

Thành Phần Và Cấu Tạo:

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn đượcphân bố trong một pha liên tục duy nhất (Pha là một loại vật liệu thành phần nằmtrong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix),thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốthay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính,tính kết dính, chống mòn, chống xước

o Thành phần cốt:

Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp

ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác ítphổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơdừa, ; sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợipolyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, ; sợi kim loại: thép, đồng,nhôm,

SỢI THUỶ TINH

Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt),

có đường kính nhỏ vài chục micro mét Khi đó các sợi này sẽ mất những nhượcđiểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ họchơn Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa thêm những khoáng chất như: silic,nhôm, magiê, tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫnđiện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợithủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S (độ bền cơ học cao).Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụngtrong các ứng dụng riêng biệt

SỢI BAZAN

SỢI HỮU CƠ

Các loại sợi hữu cơ phổ biến:

Sợi kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia côngbằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10°C), tiếp theo được kéo ra thànhsợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Sợikenvlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora, có giá thànhthấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp hơn: các loại sợi aramit thường có độbền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp

SỢI CACBON

Sợi cacbon chính là sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạothành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3,35 A° Các nguyên tửcacbon liên kết với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng,với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A° Sợi cacbon có cơtính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả năng chịunhiệt cực tốt

SỢI BOR

Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được nhờphương pháp kết tủa Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các dạng: dâysợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vảiđồng phương

SỢI CACBUA SILIC

Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thuđược nhờ kết tủa

SỢI KIM LOẠI

SỢI NGẮN VÀ CÁC HẠT PHÂN TÁN

CỐT VẢI

Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiệnbằng công nghệ dệt Các kỹ thuật dệt vải chuyền thống thường hay dùng là: kiểudệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệtđồng phương Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi Kỹ thuật dệtcao cấp còn có các kiểu dệt đa phương như: bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo nên vải

đa phương

o Vật Liệu Nền

CHẤT LIỆU NỀN POLYME NHIỆT RẮN

Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựaamin, nhựa epoxy

CHẤT LIỆU NỀN POLYME NHIỆT DẺO

Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựapolypropylen, nhựa polyamit,

CHẤT LIỆU NỀN CACBON

CHẤT LIỆU NỀN KIM LOẠI

Vật liệu compozit nền kim loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110GPa Do đó đòi hỏi chất gia cường cũng có modun cao Các kim loại được sử dụngnhiều là: nhôm, niken, đồng

o Phân loại vật liệu composite

- Vật liệu composite polyme

- Vật liệu composite cacbon-cacbon

- Vật liệu composite gốm

- Vật liệu composite kim loại

- Vật liệu composite tạp lai

- Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi

- Khuôn chân không

- Khuôn chân không- autoclave

o Ưu nhược điểm của composite:

Ưu điểm lớn nhất của composite là có thể thay đổi cấu trúc hình học, sự phân

bố và các vật liệu thành phần đẻ tạo ra một vật liệu mới có độ bền theo mongmuốn Rất nhiều đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật hiện đại (như nhẹ, lại chịu đượcnhiệt lên đến 3000oC,…) chỉ có composite mới đáp ứng nổi, vì vậy, vật liệucomposite giữ vai trò then chốt trong cuộc cách mạng về vật liệu mới

Ưu điểm của vật liệu composite được tổng hợp dưới đây:

- Khối lượng riêng nhỏ, độ bền cơ học cao, độ cứng vững và uốn kéo tốt

- Khả năng chịu đựng thời tiết, chống lão hóa, chống tia UV cao, cách điện vàcách nhiệt tốt

- Khả năng kháng hóa chất và kháng ăn mòn cao, không gây tốn kém trongbảo quản, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn

- Gia công và chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi và sửa chữa, chiphí đầu tư trang thiết bị sản xuất và chi phí bảo dưỡng thấp

- Tuổi thọ sử dụng cao (thời gian sử dụng dài hơn kim loại, gỗ khoảng 2-3 lần)Bên cạnh những điểm ưu việt của vật liệu composite, chúng ta vẫn cần biết đếnnhững nhược điểm của loại vật liệu này để ứng dụng phù hợp:

- Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sảnxuất.

- Giá thành nguyên liệu thô tương đối cao, phương pháp gia công tốn thờigian

- Phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tính của mẫu vật

- Chất lượng vật liệu bị phụ thuộc nhiều vào trình độ của công nhân

Trong bài thiết kế này sử dụng các vật liệu composite cacbon sau:

- Epoxy Carbon UD Pregreg

Đây là vật liệu composite có lớp nền polymer nhiệt rắn là Epoxy gia cường bằngsợi Carbon đơn hướng có độ cứng là 230 GPa Vật liệu này có lớp cốt Carbon đượctiền tẩm cùng lớp nền nhựa được xử lý nhiệt với tỉ lệ nhất định Vật liệu compositevới lớp cốt được “pregreg” có khả năng chịu nhiệt độ và áp suất cao Ưu điểm củavật liệu này gồm:

o Máy bay dân dụng, thiết bị hàng không, máy bay trở hàng

o Thiết bị bay không người lái

Hình 14 Thông số vật liệu Epoxy Carbon UB (230 GPa) Prepreg

Hình 15 Thông số vật liệu

Epoxy Carbon Woven Pregreg

Cũng giống với Epoxy Carbon UD Pregreg ở các đặc tính về lớp nền và cách chếtạo lớp cốt Nhưng vật liệu này có lớp cốt được chế tạo theo dạng đan sợi Vì vậycác sợ Carbon sẽ có 2 hướng Sợi Carbon Woven có độ bền bằng một nửa so với

UD Việc dệt vải tạo thành các sợi và chúng liên tục được uốn cong theo hình dạng

S ĐẾN để đi qua lại với nhau Khi lực được tác dụng lên vải dệt, các sợi sẽ uốncong và cố gắng duỗi thẳng ra làm giảm độ bền và độ cứng Sợi UD nằm phẳng vàkhông có uốn cong khi tác dụng lực

Thông số vật liệu Epoxy Carbon Woven (230 GPa) Pregreg