Carbon Plastics for Reusable Hypersonic Flight Vehicles
Loading...
Date
2024
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Ukrainian State University of Chemical Technology, Dnipro
Abstract
ENG: The development of hypersonic unmanned aerial vehicles (UAVs) for aerospace systems presents ambitious challenges for scientists and engineers. Extreme flight conditions, such as ultra-high speeds and significant aerodynamic heating, necessitate the creation of new materials capable of withstanding such loads. One of the most promising materials for constructing hypersonic UAVs is carbon fiber-reinforced polymer based on bisphenol nitrile. This material exhibits high thermal resistance, chemical stability, and excellent mechanical properties. Utilizing bisphenol nitrile combined with carbon fibers has enabled the production of composite materials that can operate at temperatures exceeding 300 оC, far surpassing the capabilities of traditional polymer matrices. To assess the suitability of the developed carbon fiber-reinforced plastic for hypersonic UAV applications, comprehensive studies of its physical, mechanical, and thermal characteristics were conducted across a wide temperature range from 20 to 300 оC. The obtained results provided a detailed characterization of the composite and allowed for comparisons with other high-temperature composite materials. The developed carbon fibre-reinforced plastic based on bisphenol nitrile binder shows great promise for constructing hypersonic UAVs. Its high thermal resistance, combined with excellent mechanical properties, makes it suitable for use in the extreme temperature conditions typical of hypersonic flight.
UKR: Розробка гіперзвукових безпілотних літальних апаратів (БПЛА) для аерокосмічних систем ставить перед науковцями та інженерами амбітні завдання. Екстремальні умови польоту, такі як надвисокі швидкості та значний аеродинамічний нагрів, вимагають розробки нових матеріалів, здатних витримувати такі навантаження. Одним з найбільш перспективних матеріалів для створення гіперзвукових БПЛА є армований вуглецевим волокном полімер на основі бісфенолнітрилу. Цей матеріал характеризується високою термостійкістю, хімічною стійкістю та високими механічними властивостями. Використання бісфенолнітрилу в поєднанні з вуглецевими волокнами дозволило отримати композитні матеріали, здатні працювати при температурі понад 300 оС. Це значно перевершує можливості традиційних полімерних матриць. Для оцінки придатності розробленого вуглепластику для використання в гіперзвукових БПЛА були здійснені комплексні дослідження його фізико-механічних і теплофізичних характеристик у широкому температурному діапазоні від 20 до 300 оС. Отримані результати дозволили детально охарактеризувати композит порівняти його з іншими високотемпературними композиційними матеріалами. Розроблений вуглепластик на основі бісфенолнітрильного зв'язуючого є перспективним матеріалом для створення гіперзвукових безпілотних літальних апаратів. Висока термостійкість у поєднанні з хорошими механічними властивостями дозволяє використовувати цей матеріал в екстремальних температурних умовах, характерних для гіперзвукового польоту.
UKR: Розробка гіперзвукових безпілотних літальних апаратів (БПЛА) для аерокосмічних систем ставить перед науковцями та інженерами амбітні завдання. Екстремальні умови польоту, такі як надвисокі швидкості та значний аеродинамічний нагрів, вимагають розробки нових матеріалів, здатних витримувати такі навантаження. Одним з найбільш перспективних матеріалів для створення гіперзвукових БПЛА є армований вуглецевим волокном полімер на основі бісфенолнітрилу. Цей матеріал характеризується високою термостійкістю, хімічною стійкістю та високими механічними властивостями. Використання бісфенолнітрилу в поєднанні з вуглецевими волокнами дозволило отримати композитні матеріали, здатні працювати при температурі понад 300 оС. Це значно перевершує можливості традиційних полімерних матриць. Для оцінки придатності розробленого вуглепластику для використання в гіперзвукових БПЛА були здійснені комплексні дослідження його фізико-механічних і теплофізичних характеристик у широкому температурному діапазоні від 20 до 300 оС. Отримані результати дозволили детально охарактеризувати композит порівняти його з іншими високотемпературними композиційними матеріалами. Розроблений вуглепластик на основі бісфенолнітрильного зв'язуючого є перспективним матеріалом для створення гіперзвукових безпілотних літальних апаратів. Висока термостійкість у поєднанні з хорошими механічними властивостями дозволяє використовувати цей матеріал в екстремальних температурних умовах, характерних для гіперзвукового польоту.
Description
I. Sukha: ORCID 0000-0002-5579-2047; O. Zaichuk: ORCID 0000-0001-5209-7498
Keywords
aerospace and rocket technology, design parameters, hypersonic unmanned aerial vehicle, heat-resistant binders, carbon fiber-reinforced plastic, polymer composite materials, physical, mechanical and thermal characteristics, авіаційна та ракетно-космічна техніка, проєктні параметри, гіперзвуковий безпілотний літальний апарат, термостійкі зв'язуючі, вуглепластик, полімерні композиційні матеріали, фізико-механічні та теплофізичні характеристики
Citation
Kazakevich M., Husarova I., Kazakevich V., Manko T., Khoroshylov V., Kozis K., Osinovyy G., Sukha I., Zaichuk O. Carbon Plastics for Reusable Hypersonic Flight Vehicles. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. 2024. No. 6. P. 150–157. DOI: http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2024-157-6-150-157.