低高度経済

炭素繊維に新たな成長の地平をもたらす

(1) 炭素繊維複合材料：航空宇宙機の軽量化を実現する鍵となる素材
カーボンファイバーは炭素含有量が 90% 以上の繊維材料で、低密度、高比強度、高弾性率などの多くの特性を備えています。引張強さは同じ重量で鋼、アルミニウム合金、チタン合金の9倍以上、弾性率は鋼、アルミニウム合金、チタン合金の4倍以上です。これらの利点により、カーボンファイバーは航空宇宙車両の軽量化を実現するための理想的な選択肢となります。炭素繊維複合材料を航空機の機体構造と内部部品の構造に適用することにより、航空機の重量が大幅に軽減され、エネルギー消費が最小限に抑えられ、構造強度と安全性が向上します。 eVTOL の構築に炭素繊維複合材料を使用すると、航空機の総重量を 30% ～ 40% 削減できます。

UAV 分野における長炭素繊維複合材料

長炭素繊維複合材料は UAV (無人航空機) 分野での応用が増えており、UAV の性能向上、飛行時間の延長、耐久性と信頼性の向上に重要な役割を果たしています。

UAV 分野における長炭素繊維複合材料の主な用途と利点は次のとおりです。

１． UAV 構造の強度と剛性の向上

長炭素繊維複合材料は、比強度と比剛性が非常に高く、軽量でありながら重い荷重に耐えることができます。胴体、翼、プロペラ、着陸装置などの UAV 構造に長炭素繊維複合材料を使用することにより、UAV の強度と剛性が大幅に向上し、複雑な飛行環境や高速動作に確実に耐えることができます。[67]
２．軽量化と飛行時間の延長

重量は、UAV の飛行時間に影響を与える重要な要素です。長炭素繊維複合材料は非常に軽量でありながら優れた強度を備えているため、UAV の全体重量の軽減に役立ちます。これにより、バッテリー効率が向上し、飛行時間が延長されます。軽量設計は、小型 UAV や電動垂直離着陸 (eVTOL) 航空機では特に重要です。[72]
3．耐衝撃性・耐久性の向上

長炭素繊維複合材料の高い靭性により、UAV は衝突や極端な気象条件に遭遇した場合でも優れた耐衝撃性と耐久性を維持できます。特に、UAV の外殻や重要な構造コンポーネントでは、炭素繊維複合材が構造的損傷を効果的に防止し、メンテナンスコストを削減します。[77]
４．耐食性と環境適応性

カーボンファイバー複合材は優れた耐食性を備えているため、高湿度や塩水にさらされるなどの過酷な環境で使用される UAV に最適です。このため、長炭素繊維複合材料は、海洋監視、農業用散布、および強力な環境回復力を必要とするその他の任務の用途に最適です。[82]
5．電磁波シールド性能

長炭素繊維複合材料は特定の電磁シールド特性を備えており、UAV の内部電子システムに対する外部電磁源からの干渉を軽減します。これは、複雑な環境、特にデータ送信および通信システムにおける UAV の安定した飛行にとって非常に重要です。[87]
6．安全性の向上
炭素繊維複合材料は耐疲労性と耐老化性に優れているため、UAV の寿命を効果的に延ばし、材料の劣化による故障のリスクを軽減します。これは飛行の安全性の向上に貢献します
。

応用例:
小型民生用 UAV:DJI の特定のモデルなど、多くのハイエンド民生用 UAV は、飛行性能と耐久性を向上させるために、機体構造、特に翼とサポート フレームに炭素繊維複合材料を使用し始めています。

軍用 UAV: 高い耐久性、強度、ステルス機能を必要とする軍用 UAV には、長炭素繊維複合材料が広く使用されています。これらの材料は重量を軽減するだけでなく、構造強度とステルス機能も強化します。

電動垂直離着陸 (eVTOL) 航空機: eVTOL には軽量化に対する非常に高い要件があります。長炭素繊維複合材料は、eVTOL にとって理想的な構造材料です。これらの材料を使用することで、eVTOL は十分な強度と剛性を確保しながら軽量設計を実現でき、それにより航続距離と飛行効率が向上します。