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复(fù)合材料在无人机上的应用

 

纵观国外无人机(包(bāo)括中、高空无人侦察机、无人作战飞机等),无(wú)一例外(wài)地大(dà)量使用了(le)复(fù)合材料结构,有些(xiē)甚至(zhì)是全复合材(cái)料结(jié)构(gòu),因此以复合材料为核心的无人机结(jié)构(gòu)设(shè)计制造技术是影响无人机(jī)发展的关键(jiàn)技术之(zhī)一。 

复合材(cái)料在无人机(jī)上(shàng)应用的优点与有人飞机相比,无人飞机(UAV)在机(jī)体结构设(shè)计中(zhōng)既不(bú)需要(yào)考虑机动飞行过(guò)程中人(rén)的(de)生理(lǐ)承(chéng)受(shòu)能力限制,也不需要因为特别(bié)强调人的生存性而对隐身及抗弹伤能力的结构和材料作特殊考虑。不过由于(yú)无人机机载设备技(jì)术先进,要求高,因此也要求无人机有相(xiàng)当(dāng)好(hǎo)的机体结构性能,这使无(wú)人(rén)飞机在结构选材上(shàng)具有一些有别于有人(rén)飞机的新特(tè)点。无人(rén)机遂行(háng)任务的特(tè)殊性,也使其成(chéng)为(wéi)采用新型结构材料的极好的平台。 

和(hé)传统金(jīn)属材料相比,复合材料具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强的特点,将它应用于无人机结构中可以减重25% ~30%。树脂基复(fù)合材料具有结构(gòu)重量(liàng)轻、复杂或大型结构易于(yú)成(chéng)型、设计空间大、比强度和比(bǐ)刚度高(gāo)、热膨胀系数(shù)小等诸多优点。将(jiāng)复合(hé)材(cái)料直接应用于无人机结(jié)构上对减(jiǎn)轻空机身(shēn)重量、增加有效载荷、提(tí)高安全性和隐身(shēn)性具有重(chóng)要的作用(yòng)。 据统计,目(mù)前世界上各(gè)种先进无人机的复合材料用量一般占机(jī)体结构(gòu)总重的60% ~80%,复合材料的(de)总用量(liàng)可达90%以上。在无人机上大量采用复合材料的益处是多方(fāng)面(miàn)的。 

首(shǒu)先,复合材料本身具有可(kě)设(shè)计性,在不改变结(jié)构重(chóng)量的情况下(xià),可根据飞机的强度刚度(dù)要求进行优化设计;在设计制造技术上满足了大多数无(wú)人(rén)机在高度翼身融合结构所需的大面积(jī)整体成形这一特点。其次,聚合物基复合材料具有特殊的(de)电磁性能,改性后有希望满足无人机结构功能一体(tǐ)的(de)高隐身技术要(yào)求。复合(hé)材(cái)料的耐腐(fǔ)蚀性(xìng)能(néng),可满足(zú)无人机(jī)恶劣环境下长储(chǔ)存寿(shòu)命的特殊(shū)要求,降低使用维(wéi)护的寿命周期成本。 再次(cì),复合材料易(yì)植入芯片或合(hé)金导体形成智能材料、结构。 

目(mù)前(qián),复合材料在(zài)无人机领域已成为主要结构材料,如昆明劲鹰无人机使用碳(tàn)纤维复合材(cái)料、玻璃纤维复合材(cái)料、蜂窝夹层复合材料等昆明劲鹰(yīng)1000型八轴航拍航(háng)测(cè)无人机(jī)具(jù)有强化刚性的机架结构机臂采用(yòng)内嵌硅(guī)胶(jiāo)线(xiàn)注(zhù)塑(sù)工艺,具有更好的结构刚性及(jí)工作稳(wěn)定性(xìng),整(zhěng)个(gè)系统高(gāo)度集成化的设计,使安装(zhuāng)调试工作(zuò)变得(dé)更加简(jiǎn)单快捷,中心架具有(yǒu)更大(dà)的可用空(kōng)间(jiān),方便安装及(jí)内置各(gè)类(lèi)航拍辅(fǔ)助设备,使您(nín)的航拍系统拥有更(gèng)强(qiáng)的美感(gǎn)。通常,无人机(jī)除机身的龙骨、梁和隔框、起落(luò)架等结构件(jiàn)采用铝(lǚ)合金外,机(jī)翼、尾翼及各种天线(xiàn)罩、护板、蒙皮等结构件均大量使用复合(hé)材料。另外,在中小型(xíng)无人机上,木质材料、轻型塑料、塑(sù)料薄膜等非(fēi)金属(shǔ)材料也得到大(dà)量(liàng)使用。复合材料的应用对无人飞(fēi)机(jī)结构轻(qīng)质化、小型化(huà)和高性能(néng)化已经(jīng)起到了至关重(chóng)要的作用。 

比较国内、外高空长航(háng)时(shí)无人机各项性能指(zhǐ)标,研究发现:影响我国无(wú)人机性能的关键是设计制造并使(shǐ)用大展弦比(bǐ)复合材料(liào)柔性机翼(yì)。根据使用环境(jìng)(通常高空)和性能(néng)要求(qiú)(通常(cháng)续航时间大于(yú)24h 和一定的(de)任务载(zǎi)荷),高空长航时无人机需要携带尽量多的燃油(可以提(tí)高航(háng)程)和使用大展(zhǎn)弦比柔性机翼(yì)(可以提(tí)高升力)。利用树脂基复合材料密度小(xiǎo)、比强度(dù)、比刚度大和可剪(jiǎn)裁的优点,可以设计出大展弦比柔性机翼;利(lì)用复合(hé)材料整体化设计制造技(jì)术,可以在机(jī)翼(yì)上设(shè)置整体油箱,提高无人机的续航时间和航程。由此可见,无人(rén)机大展弦(xián)比复(fù)合材料柔(róu)性机翼整(zhěng)体化设计/制造(zào)技术是提高我(wǒ)国高空长航时无人机各种性能(néng),特别是高空(kōng)、长航时性(xìng)能的关键技术之(zhī)一。 

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