UAV draky označují hlavní fyzickou strukturu bezpilotního vzdušného prostředku nebo dronu, na kterém jsou nainstalovány všechny životně důležité součásti, jako jsou systémy avioniky, užitečné zatížení, motory.
Kvalita draků letadel závisí na povaze mise, hmotnosti nákladu, který musí nést, a přiblížení dronu ke vzletu a přistání. Vysoká pevnost při minimální možné hmotnosti, velká nosnost, vynikající manévrovatelnost a vysoká účinnost visení jsou základním požadavkem všech draků. Vojenská bezpilotní letadla vyžadují vysokou odolnost, aby zůstala ve vzduchu po dlouhou dobu.
Všechny moderní drony jsou vybaveny řadou senzorů a dalších systémů, což nevyhnutelně zvyšuje celkovou hmotnost a zkracuje dobu letu.
Snížení hmotnosti je proto kritické a pro stavbu draků dnes výrobci používají nekonvenční materiály, jako jsou kompozity (obecně vyrobené za použití vláken a pryskyřic), které snižují hmotnost UAV bez kompromisů v jejich pevnosti.
Existují některé běžné materiály a kompozity používané pro draky letadel UAV:
1. Plasta
Plast lze snadno tvarovat do pevných předmětů různých velikostí a tvarů. Plast, lehčí než kovové slitiny, má vysokou tvárnost a nabízí vysokou odolnost vůči korozi a chemikáliím. Má také nízkou elektrickou a tepelnou vodivost a vynikající odolnost a vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Plast je cenově velmi výhodný. Vrtule a lyžiny dronu jsou obvykle vyrobeny z plastu.
2. Hliníkové slitiny
Hliník je běžný kov používaný ke konstrukci draků dronů. Hliníkové slitiny, známé pro svou nízkou hustotu a vysokou pevnost, dokážou odolat korozi prostřednictvím pasivace, což z nich činí ideální volbu pro letecký průmysl.
3. Kompozity
Ve srovnání s hliníkem snižují kompozity hmotnost o 15-45%. Kromě vysoké pevnosti jsou kompozity odolné vůči korozi ze slané vody a elektrolýze. V případě nárazu ptáka nebo nehody absorbují energii nárazu, místo aby ji přesouvaly do nižších jednotek. Produkují nižší hluk nebo vibrace než hliník nebo jakýkoli jiný kov.
Některé z konvenčních kompozitů používaných pro draky letadel jsou polymery vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP), polymery vyztužené skleněnými vlákny (GFRP), polymery vyztužené borovými vlákny (BFRP) a polymer vyztužený aramidovými vlákny (AFRP).
a. Polymery vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP)
Uhlíkové vlákno je kombinací uhlíkových vláken a termosetových pryskyřic, která nabízí snížení hmotnosti, pevnost, zvýšenou odolnost a nízké tepelné smrštění. Pro vytvoření uhlíkového vlákna jsou atomy uhlíku uspořádány rovnoběžně s hlavní osou vlákna. Pro komerční použití jsou spolu navinuty tisíce vláken. Uhlíková vlákna jsou nákladově efektivní, pevnější než ocel, lehčí než hliník a tužší než titan. Dá se snadno sériově vyrábět. Hexcel Corporation je jedním z předních hráčů vyvíjejících uhlíková vlákna. Vyrábí uhlíková vlákna HexTow kombinací všech typů termosetových a termoplastických pryskyřic.
b. Polymery vyztužené skleněnými vlákny (GFRP)
Druhý nejrozšířenější materiál v drakech letadel, skleněné vlákno, nabízí nízkou tažnost materiálu a vysokou pevnost materiálu. Navíc se snadno vyrábí a vyžaduje minimální údržbu. Skleněné vlákno je vhodné pro různé aplikace díky své vysoké pevnosti, zvýšené pružnosti, dlouhé životnosti, vynikající stabilitě a vysoké odolnosti vůči teplu, teplotě a vlhkosti. Je lehký a lze jej tvarovat pro navrhování krytů krytů a anténních substrátů. Owens Corning (US) je jedním z předních hráčů vyvíjejících polymery vyztužené skelnými vlákny. Dalšími předními výrobci jsou Jushi Group (Čína), Owens Corning (USA), Taishan Fiberglass Inc. (Čína), CPIC (Čína), Saint-Gobain Vertex (Francie), Nippon Sheet Glass (Japonsko) a Johns Manville (USA). , mimo jiné.
c. Polymery vyztužené borovými vlákny (BFRP)
Borové vlákno je nejpevnější a nejdražší materiál komerčně dostupný pro draky letadel. BFRP se díky své vynikající pevnosti v tlaku používá ve stíhačkách F-15, bombardérech B-1, vrtulnících Black Hawk, raketoplánech a Predatorech. Tento polymer má šestkrát vyšší modul pružnosti ve srovnání s GFRP. Borové vlákno se používá v amerických vojenských letadlech, jako jsou F-14 a F-15. Omezené použití borového vlákna je připisováno jeho toxické povaze, vysokým nákladům a zvýšené křehkosti ve srovnání s jinými vlákny. Není preferován pro pozemní a podvodní vozidla. Specialty Materials, Inc. je přední výrobce produktů z bórových vláken.
Polymer vyztužený aramidovými vlákny.
d. Polymer vyztužený aramidovými vlákny (AFRP)
Aramidové vlákno je syntetické vlákno, které nabízí vysokou odolnost proti nárazu a zvýšenou tuhost. Řezání AFRP vyžaduje vysokou přesnost a přesnost, což je činí drahými a obtížně se používají. Aramidové vlákno je známé pod různými obchodními názvy jako Nomex (meta-aramid) nebo Kevlar (para-aramid). Je široce používán pro vojenskou balistiku a neprůstřelné vesty, díky své náchylnosti ke světlu, kompresi a hygroskopii. Kevlar a Twaron jsou dvě nejoblíbenější aramidová vlákna. Používají se v letadlových součástech, vrtulnících, vesmírných vozidlech, raketách, kánoích, kajakech, motorových člunech, brzdách, spojkách atd.
Toto jsou některé z hlavních výhod použití kompozitů pro draky letadel UAV namísto kovů:
- lehký, což znamená, že dron je energeticky účinný
- neuvěřitelně silný a musel se zlomit
- odolnost proti korozi a stlačení
- nízké chyby při obrábění
- flexibilita designu. Snadná výroba složitých dílů
- maximální tuhost a pevnost
- menší počet sestav a spojovacích prvků
- vyšší „stealth“ schopnosti s nízkou radarovou a mikrovlnnou absorpcí
- nízká tepelná roztažnost při letech ve velkých výškách
- nízká údržba
Kompozity mají ve srovnání s kovy také některé nevýhody. Jsou to:
- nákladné na sestavení
- degradace struktury při vysokých teplotách a mokru
- delaminace a praskliny
- nízká absorpce energie, což má za následek velký dopad při tvrdém přistání
- pracně náročný a složitý výrobní proces
- vyšší náklady na údržbu