Czym jest gospodarka dronowa
Gospodarka dronowa koncentruje się na szeregu działań gospodarczych w przestrzeni powietrznej poniżej 1000 metrów, w tym na transporcie pasażerów, dostawach, pomiarach i operacjach ratowniczych, wykorzystując różne pojazdy latające. Wspiera wzrost gospodarczy poprzez innowacje technologiczne i integrację przemysłową.
Ten nowy model ekonomiczny zachęca do rozwoju przemysłu w takich branżach jak produkcja, rolnictwo, logistyka, turystyka i ratownictwo. Jednocześnie stymuluje popyt na akumulatory samochodowe, innowacyjne materiały, systemy komunikacyjne i inne w łańcuchach dostaw w górę i w dół, tym samym wzmacniając nowe jakościowe siły produkcyjne.
W zastosowaniach rolniczych drony są używane do siewu, zwalczania szkodników, nawadniania i monitorowania. Technologia ta oferuje wysoką precyzję i wydajność bez ograniczeń krajobrazowych, co znacznie ułatwia produkcję rolną na dużą skalę.
W Chinach firmy logistyczne ustanowiły trasy dostaw w miastach takich jak Shenzhen i Szanghaj. Dostawy dronami zostały w pełni zintegrowane z codziennym życiem. Według Biura Transportu Miasta Shenzhen w 2023 r. wprowadzono 77 nowych tras dronów, co daje łącznie 156 tras i przekracza 600 000 lotów w ciągu roku.
Gospodarka dronowa napędza wzrost w dziedzinie kompozytów termoplastycznych
Wśród pojazdów latających na małej wysokości, elektryczne samoloty pionowego startu i lądowania (eVTOL), małe drony i niektóre lekkie samoloty są zasilane energią elektryczną. Aby zmniejszyć wagę, zwiększyć bezpieczeństwo i wydłużyć żywotność baterii, te pojazdy latające wymagają lżejszych, mocniejszych i trwalszych materiałów. Materiały kompozytowe termoplastyczne o wyjątkowej wydajności mogą odegrać kluczową rolę w rozwoju ekonomii lotów na małej wysokości, torując drogę do szerszych zastosowań w przyszłości.
Kompozyty termoplastyczne to materiały oparte na żywicach termoplastycznych jako matrycy, wzmocnione materiałami takimi jak włókno węglowe, włókno szklane i włókno aramidowe w celu poprawy ich właściwości mechanicznych. W porównaniu do kompozytów termoutwardzalnych, kompozyty termoplastyczne wykazują zazwyczaj wyższą odporność na uderzenia i wytrzymałość, a także oferują większą elastyczność w procesie produkcyjnym.
Na podstawie danych Stratview Research, firmy zajmującej się analizą rynku, przewiduje się, że popyt na kompozyty termoplastyczne w samolotach eVTOL znacznie wzrośnie. Oczekuje się, że wzrośnie z około 500 ton w 2024 r. do 11 750 ton do 2030 r., co stanowi niezwykły 22,5-krotny wzrost w ciągu zaledwie sześciu lat.
Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym
Ze względu na lekkość, wysoką wytrzymałość i odporność na wysokie temperatury i korozję, termoplastyczne kompozyty wzmacniane włóknem węglowym stały się głównym materiałem dla pojazdów latających na niskich wysokościach, skutecznie zastępując metale. W porównaniu do konwencjonalnej stali, stopów aluminium i stopów tytanu, kompozyty z włókna węglowego oferują co najmniej dziewięciokrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie i czterokrotnie wyższy moduł sprężystości.
Wykazują również wyjątkową zgodność, aby spełnić wymagania dotyczące złożonych projektów. Na przykład samoloty eVTOL mają rygorystyczne wymagania dotyczące wyglądu, struktury, estetyki, bezpieczeństwa i aerodynamiki.
Według danych Stratview Research, ponad 90% kompozytów stosowanych w samolotach eVTOL jest wzmocnionych włóknem węglowym. Z tych kompozytów z włókna węglowego 75%-80% jest stosowanych w krytycznych elementach, w tym w nadwoziu pojazdu, skrzydłach i śmigłach.
Samson Sky planuje użyć kompozytów termoplastycznych na bazie żywicy wzmocnionej włóknem węglowym (CFRTP) w swoim latającym samochodzie sportowym Switchblade. Ten nadający się do recyklingu, nietoksyczny i przyjazny dla środowiska materiał oferuje znaczące zalety w porównaniu z tradycyjnymi kompozytami na bazie żywicy epoksydowej. Co ciekawe, odpady produkcyjne CFRTP można poddać recyklingowi i ponownie wykorzystać do produkcji elementów niekonstrukcyjnych, co skutecznie zmniejsza ilość odpadów w procesie produkcyjnym. XPENG AEROHT jest wiodącym producentem samolotów eVTOL w Chinach. W serii X2 śmigło jest wykonane z warstwowego włókna węglowego, które rysuje się tylko w przypadku zderzenia z twardymi przedmiotami, co zapewnia, że bezpieczeństwo lotu nie jest zagrożone. Podwozie wykorzystuje głównie włókno węglowe dla wytrzymałości konstrukcyjnej, podczas gdy włókno szklane dodaje elastyczności do pochłaniania drgań.
Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym
Oprócz kompozytów z włókna węglowego, w pojazdach latających na niskich wysokościach stosuje się różne materiały, w tym kompozyty z włókna szklanego, kompozyty z włókna aramidowego i tworzywa spienione.
Kompozyty termoplastyczne wzmocnione włóknem szklanym posiadają właściwości takie jak lekkość, wysoka izolacja elektryczna, doskonała odporność na korozję i doskonała przepuszczalność. W rezultacie są powszechnie stosowane w częściach lotniczych wymagających wyjątkowej przepuszczalności, w tym osłonach radarów i owiewkach.
W pojazdach latających na małych wysokościach kompozyty z włókna szklanego stosuje się głównie w elementach konstrukcyjnych, takich jak nadwozie i skrzydła pojazdu, a także w osłonach radarów i owiewkach.
Kompozyty wzmocnione włóknem aramidowym
Kompozyty termoplastyczne wzmocnione włóknami aramidowymi oferują wysoką wytrzymałość, sztywność, odporność na temperaturę, lekkość, stabilność wymiarową, odporność na promieniowanie i doskonałą przepuszczalność. Materiały te są stosowane w wysokiej klasy sprzęcie lotniczym, szczególnie w częściach konstrukcyjnych, które obsługują duże obciążenia i doskonałą przepuszczalność.
Powszechnie stosowane w sektorze lotniczym, kompozyty aramidowe o strukturze plastra miodu są wykonane z włókien aramidowych ułożonych w unikalną strukturę plastra miodu inspirowaną naturą. Dzięki precyzyjnej obróbce ten materiał warstwowy osiąga lekką konstrukcję o wysokiej wytrzymałości, podczas gdy warstwa zewnętrzna składa się z kompozytów z włókna węglowego.
Ponadto inne materiały warstwowe, takie jak spienione tworzywa sztuczne, są stosowane w wewnętrznej strukturze pojazdów latających na niskich wysokościach ze względu na ich niską gęstość, pochłanianie drgań i właściwości dźwiękoszczelne. Do powszechnych spienionych tworzyw sztucznych należą poliuretan (PU), polistyren (PS) i polichlorek winylu (PVC).
Shenzhen nadal napędza rozwój gospodarki dronowej
W grudniu 2023 r. chiński rząd uznał gospodarkę dronową za krajową strategiczną rozwijającą się branżę. W 2024 r. zaproponował konkretne żądania dotyczące rozwoju tego sektora. Obecnie około 30 prowincji w Chinach uwzględniło gospodarkę dronową w swoich raportach roboczych lub powiązanych politykach.
Shenzhen w szczególności jest uznawane za „Chińską Stolicę Dronów”. Miasto szczyci się kompleksowym łańcuchem dostaw dla gospodarki niskopoziomowej, z mocnymi stronami w zakresie nowej energii, zaawansowanych materiałów i produkcji wysokiej klasy sprzętu. Do 2026 r. Shenzhen planuje zbudować ponad 1 200 platform startowych i lądowania dla taksówek powietrznych i dronów. Ponadto w ciągu najbliższych trzech lat zostanie utworzonych ponad 10 000 stacji bazowych komunikacji, aby wspierać ogólnomiejską sieć informacyjną dla gospodarki niskopoziomowej.
Pomimo ogromnych możliwości, rozwój gospodarki nisko-wysokościowej napotyka na wyzwania, takie jak zarządzanie przestrzenią powietrzną, bezpieczeństwo lotów i konieczność udoskonalenia przepisów. W przypadku przemysłu tworzyw sztucznych i gumy, rosnące wykorzystanie pojazdów latających na niskich wysokościach zwiększy wymagania dotyczące wydajności materiałów. W związku z tym, aby nadążyć za wzrostem gospodarki nisko-wysokościowej, konieczne są ciągłe postępy w badaniach i rozwoju materiałów.
