纵观(guān)国(guó)外无人机(jī)(包括中、高空无人(rén)侦察机(jī)、无(wú)人作战(zhàn)飞机等),无一例外(wài)地大量(liàng)使用了复合(hé)材料(liào)结构,有些(xiē)甚至是全复合材料结构(gòu),因此以复合材(cái)料为核心的无人机结构设计/ 制造技术是影响无人(rén)机发展的关键技(jì)术之一。
复(fù)合材料(liào)在无人机上应用(yòng)的优(yōu)点(diǎn)与有人飞机相比,无(wú)人(rén)飞机(jī)(UAV)在机体结构设计中既不需要(yào)考虑机动飞行(háng)过程中人的生理承(chéng)受能(néng)力(lì)限制,也(yě)不需(xū)要因为特别强(qiáng)调人(rén)的生存性而对隐身(shēn)及抗(kàng)弹伤能力的结构和材料作特殊考(kǎo)虑。不(bú)过由于无人机机载设备技(jì)术先(xiān)进,要求高,因此也(yě)要求无人机有相当好的(de)机(jī)体结构性能,这(zhè)使无人飞机在结(jié)构选材上具(jù)有一些有(yǒu)别于有人飞机(jī)的新特(tè)点。无人机遂行任务的特(tè)殊(shū)性,也(yě)使其(qí)成(chéng)为采(cǎi)用(yòng)新型(xíng)结构(gòu)材料的极好的平台。
和传统金属材料相比,复合(hé)材料(liào)具有(yǒu)比强(qiáng)度和比刚度(dù)高、热膨胀系数小、抗疲劳(láo)能力和抗振能力强的特点,将(jiāng)它应用于(yú)无人(rén)机结构中可(kě)以减重(chóng)25% ~30%。树脂基复合材(cái)料具有(yǒu)结构重(chóng)量轻、复杂或大型(xíng)结构易于成(chéng)型(xíng)、设(shè)计空间(jiān)大、比强度和(hé)比刚度高(gāo)、热(rè)膨胀系数(shù)小等诸多优点。将复合(hé)材(cái)料直接(jiē)应用于无(wú)人(rén)机结构上对减轻空(kōng)机(jī)身重量(liàng)、增(zēng)加有(yǒu)效载荷、提高安全(quán)性(xìng)和隐身性具有重要的作(zuò)用。 据统计,目前(qián)世界(jiè)上各种先进无人机的复(fù)合材料用(yòng)量一(yī)般(bān)占机体结(jié)构(gòu)总重的60% ~80%,复合(hé)材(cái)料的总用量可(kě)达90%以上。在无人机上(shàng)大量采用复合材料的(de)益处是多方面的。
首先(xiān),复合(hé)材料本身具有可设计性,在不改变结构(gòu)重量的情况下(xià),可根据飞机(jī)的(de)强(qiáng)度刚度要(yào)求进(jìn)行优(yōu)化设计(jì);在设计(jì)制造技术上(shàng)满足了大(dà)多数无人(rén)机在(zài)高度翼身融合(hé)结构所需的大(dà)面积整体成(chéng)形这(zhè)一特点(diǎn)。其次,聚合物基复(fù)合材料具(jù)有特(tè)殊的电磁性(xìng)能(néng),改性后(hòu)有希望满足无人机结构/ 功能(néng)一体(tǐ)的(de)高(gāo)隐身技术要求。复(fù)合材料(liào)的耐腐蚀(shí)性能(néng),可满足无人机恶劣环境下长储存(cún)寿命的(de)特殊要求,降低使用维护的(de)寿(shòu)命(mìng)周期成本。 再次,复合材料易植入芯片或合金导体形成智能材料、结构。
目前,复合材(cái)料在无人(rén)机领域已成为主要结构材料,如昆明劲鹰(yīng)无人机使用碳纤维复合材料、玻璃(lí)纤维(wéi)复合材料(liào)、蜂窝夹层复(fù)合(hé)材料(liào)等,昆明劲鹰1000型八轴航(háng)拍航测无人(rén)机(jī)具有(yǒu)强(qiáng)化(huà)刚性的(de)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(xìng)及工作稳定性,整个系统高度集成化的设计,使安装调试(shì)工作变得更加简单快捷,中心(xīn)架具有更大(dà)的可用空间,方便(biàn)安装及内置各(gè)类航拍辅助(zhù)设备,使您的航拍系(xì)统拥有更强的美感。通(tōng)常,无人机除机身的龙骨、梁和(hé)隔(gé)框、起落(luò)架等结构件采用铝合金(jīn)外,机(jī)翼(yì)、尾翼(yì)及各种天线罩、护板、蒙皮等结构件均大量使用复合(hé)材料。另外,在中小型无人机上,木质材料、轻型塑料、塑料(liào)薄膜等非金属材料也得到大量使用(yòng)。复合材(cái)料的(de)应用对无人飞机结构轻质化、小(xiǎo)型化和高性能化已经起(qǐ)到了至(zhì)关重要的作用。
比较国内(nèi)、外高空长航时无(wú)人机(jī)各项性(xìng)能指标,研究发现:影响(xiǎng)我国(guó)无人(rén)机性(xìng)能的(de)关(guān)键是设(shè)计制造并使用大(dà)展弦比复合材(cái)料柔(róu)性机翼。根(gēn)据使(shǐ)用(yòng)环境(通常高空)和性能要求(qiú)(通(tōng)常续航时间大于24h 和一定(dìng)的任务载荷),高空长航时无人机需要携(xié)带尽量多的燃(rán)油(可以提高航(háng)程)和使用(yòng)大展弦比柔(róu)性机翼(可以提高升(shēng)力(lì))。利用(yòng)树脂(zhī)基复合材料密度小(xiǎo)、比强(qiáng)度、比刚度大和可剪裁的优点,可以设计出大(dà)展弦比柔性(xìng)机翼;利用复合材料整体(tǐ)化设计/ 制造技术,可以在机翼上设置整体油箱,提高(gāo)无人机(jī)的续(xù)航时间和航程(chéng)。由此可见,无人机大展弦比复合(hé)材料(liào)柔性机翼(yì)整(zhěng)体化(huà)设计/制造技(jì)术是(shì)提高我国高空长航(háng)时无(wú)人机各种性能,特别(bié)是高空、长航时性能的(de)关键技术之一(yī)。

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