АНАЛИТИКА, вып. 31. Композиционные материалы в производстве беспилотных летательных аппаратов и рост рынка материаловедческой информатики

Расширение областей применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и усложнение спектра решаемых с их использованием задач ведет к необходимости оптимизации конструкции, в том числе за счет применения передовых композиционных материалов. Особенно высокую значимость при этом имеет использование композиционных материалов при создании БПЛА военного и двойного назначения.

Высотные БПЛА большой продолжительности полета (HALE) и средневысотные БПЛА большой продолжительности полета (MALE) отличаются значительной долей композиционных материалов и сплавов металлов в своей конструкции. Для средних и малых БПЛА в рассматриваемом контексте особенно актуальны углепластики и стеклопластики.

К основным преимуществам композиционных материалов по сравнению с металлами (например, алюминием) при изготовлении БПЛА можно отнести:

• сравнительно низкий вес;
• высокую коррозионную стойкость и устойчивость к усталости;
• сокращение потребности в механической обработке;
• возможность изготовления конических секций и сложных контурных деталей, а также ориентации армирующих волокон в направлении максимальной жесткости и прочности;
• сокращение количества сборок и крепежных элементов при использовании процессов совместного отверждения или консолидации композитов;
• низкое поглощение радиолокационных и микроволновых сигналов, что обеспечивает «стелс»-возможности и затрудняет обнаружение БПЛА;
• очень низкое тепловое расширение, снижающее эксплуатационные проблемы при полетах на большой высоте.

Среди основных недостатков композиционных материалов по сравнению с металлами можно выделить:

• более высокую стоимость;
• меньшее число установленных критериев проектирования;
• ухудшение структурных свойств при высоких температурах или повышенной влажности;
• более низкую энергопоглощающую способность и, как следствие, повышенный риск повреждений при жесткой посадке;
• необходимость защиты от ударов молний;
• коррозионные проблемы при недостаточном сцеплении с металлами, особенно при использовании углепластиков;
• сложности с выявлением некачественных соединений с металлами;
• дорогостоящие и трудоемкие процедуры контроля качества.

Несмотря на отмеченный ряд недостатков, применение композиционных материалов позволяет достигать впечатляющих результатов для воздушных судов – вес конструкции снижается на 15–20%, общий ресурс возрастает в полтора-два раза, повышается безопасность и сокращаются сроки разработки и производства. В условиях глобальной конкуренции, масштабное использование композиционных материалов становится обязательным условием для присутствия на рынке. Растущие требования к функциональным и техническим характеристикам современных беспилотных воздушных судов, вместе с необходимостью обеспечения экономической эффективности их производства и эксплуатации ведут к росту спроса как на сами композиционные материалы, так и на соответствующие цифровые технологии, программные продукты и модули.

Важным рынком-индикатором, связанным с использованием композиционных материалов, выступает мировой рынок материаловедческой информатики.

Справка. Информа́тика (фр. informatique; англ. computer science) – наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации с применением компьютерных технологий, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений.

На конец 2024 года рынок материаловедческой информатики оценивался международными аналитическими агентствами и консалтинговыми организациями в диапазоне от 170 до 248 млн долл. США. Специалисты консалтинговой организации Markets and Markets предполагают рост рассматриваемого рынка с CAGR 19,2% в 2025–2030 годах с 170,4 млн долл. США до 410,4 млн (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Объем глобального рынка материаловедческой информатики, млрд долл. США

Источник: Передовая инженерная школа «Цифровой инжиниринг» СПбПУ, Инфраструктурный центр «Технет» СПбПУ на основе данных Markets and Markets

Ключевыми драйверами рынка материаловедческой информатики становятся растущий спрос на устойчивые и экономически эффективные материалы, наряду с использованием методов машинного обучения и ИИ, оптимизирующими исследования и разработки. Дефицит качественных данных в необходимых объемах и квалифицированных специалистов могут выступать барьерами, замедляющими рост рынка и развитие отрасли.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России
в рамках Десятилетия науки и технологий.