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复合材料在无(wú)人机上的应用

 

纵观国外无人机(包括中、高空无(wú)人侦察机、无人作战飞机等),无一例外地大量使用(yòng)了复(fù)合材料(liào)结构,有(yǒu)些(xiē)甚至(zhì)是全(quán)复合(hé)材料(liào)结构,因此以复合材(cái)料为(wéi)核心的无人机结构设计(jì)制造(zào)技术是影响无人机发展的关键(jiàn)技术之一(yī)。 

复合(hé)材料在无人(rén)机上应用的优(yōu)点与(yǔ)有人(rén)飞机相比,无人(rén)飞机(UAV)在机体结构设计中(zhōng)既不需要(yào)考虑机动飞行(háng)过程中人的生理(lǐ)承(chéng)受能力(lì)限制,也不需要因为特别强调人(rén)的(de)生存性而对隐身及抗弹伤能力的结构和(hé)材料作特(tè)殊考虑。不过由于无人(rén)机机载设备技术先进(jìn),要求高,因此也要求(qiú)无(wú)人机有相当好的机(jī)体(tǐ)结构性(xìng)能,这使无(wú)人飞机在结构选(xuǎn)材上具有一些有别于有人飞机的新(xīn)特点。无人机遂行(háng)任务的特殊性,也使其成为采用新型(xíng)结构材料的(de)极好的(de)平(píng)台。 

和(hé)传统金属材(cái)料相比,复合材料具有(yǒu)比强(qiáng)度和比刚度高、热(rè)膨胀系数小、抗(kàng)疲劳(láo)能力(lì)和抗(kàng)振能力强的(de)特点,将它应用于无人机结构中可以减重25% ~30%。树脂基(jī)复合材料具有结构重量轻、复杂或大型结构(gòu)易于成型(xíng)、设计(jì)空(kōng)间大、比强(qiáng)度和比刚度高、热膨胀系(xì)数小等诸多优点。将复合材料直接应(yīng)用于无人机结构上对减轻(qīng)空机身重量、增加有效载荷、提高安全性(xìng)和(hé)隐(yǐn)身(shēn)性具有重要(yào)的作用。 据统计,目(mù)前世界上各种(zhǒng)先进无(wú)人机的复合材料用量一般占机(jī)体结构(gòu)总重(chóng)的60% ~80%,复合(hé)材(cái)料的(de)总(zǒng)用量可达90%以上。在无人(rén)机上大量(liàng)采用复(fù)合材(cái)料的益处(chù)是多方面的(de)。 

首先,复合材料(liào)本身具有可设计(jì)性,在不改变结构重量的情况下,可根据飞(fēi)机(jī)的强度刚度要求进(jìn)行优(yōu)化设计;在设计制造技(jì)术上满足了大多数无人机在(zài)高度(dù)翼身融合结构所需的(de)大(dà)面积整(zhěng)体成形这一特点。其次,聚合(hé)物基复合(hé)材(cái)料具有特殊的电磁性能(néng),改性后(hòu)有(yǒu)希望满足无人机结构功能一(yī)体的高隐身技术要求。复合材料的耐腐蚀性能,可满足无人机恶劣环境下长储存寿命的特殊要求,降低使用(yòng)维护的寿命周期成本。 再次,复合材料易植入芯片或合(hé)金导体形成智能材料、结构。 

目前,复合材(cái)料在无人机领域已成为(wéi)主要(yào)结构材料(liào),如昆明劲鹰(yīng)无人机使用碳纤(xiān)维复(fù)合材料、玻璃纤维复合材料(liào)、蜂窝夹层复(fù)合(hé)材料等(děng)昆明(míng)劲鹰1000型八轴航拍航测无(wú)人机具有强化(huà)刚(gāng)性的机架结构机臂采用内嵌硅胶线注塑工艺,具有更好的结构刚性及工(gōng)作(zuò)稳定性,整个系统高(gāo)度集成化的设计,使安(ān)装调试工作变得更(gèng)加简单快(kuài)捷,中心(xīn)架具有更大的可用空(kōng)间(jiān),方便安装及内置各类(lèi)航拍辅助设备,使您的航拍系统拥有(yǒu)更强的(de)美感。通常,无人机除机身的龙骨(gǔ)、梁和隔框、起落架等结构件采用(yòng)铝合金外,机翼、尾(wěi)翼及各种天线罩(zhào)、护板、蒙皮等结构件均大量使用(yòng)复合材料(liào)。另外,在中小型无(wú)人机上,木质材料、轻型塑料、塑(sù)料薄膜等非金属材料也得到大量使用。复合材料的(de)应用对无(wú)人飞机结构轻质(zhì)化、小型(xíng)化和高性能化(huà)已经起到了至关重要的作用。 

比较国内、外高(gāo)空长航(háng)时无人机各项性能指标(biāo),研究(jiū)发现:影响我(wǒ)国(guó)无人机性(xìng)能的关键是设(shè)计制造(zào)并使用大(dà)展弦比复合材料柔性机翼。根据使(shǐ)用环(huán)境(通常高(gāo)空)和性能要求(通常(cháng)续航时间大(dà)于24h 和一定的任务载荷),高空长航时无人机需(xū)要携带尽量多的燃油(可以(yǐ)提高航(háng)程(chéng))和使用(yòng)大展弦比柔性机翼(可以(yǐ)提高升力)。利用(yòng)树脂基复合材料密(mì)度(dù)小、比(bǐ)强度、比刚(gāng)度大和可(kě)剪裁的优点,可(kě)以设计出大展弦比(bǐ)柔性机翼;利用复合材料整体(tǐ)化设计(jì)制造技术,可以在机翼上设置整体油箱,提高无人机的续航时间(jiān)和航程。由此可见(jiàn),无人机(jī)大展弦比复合材(cái)料柔性机翼整体(tǐ)化设计/制造技(jì)术是提高我国高空长航时无人机各种性能,特别是高(gāo)空、长航时(shí)性能的关键技(jì)术(shù)之一。 

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