先进复合材料在无人机结构件上的应用|无人机_新浪财经

无人驾驶飞机简称 “无人机” ( unmanned aerial vehicle，UAV) ，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵不载人的飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。无人机作为一种新式航空器，与有人飞机相比，无论是使用要求还是任务使命都有所不同。无人机通常具有低成本、轻结构、高隐身、长航时和高存储寿命等要求，对于无人作战飞机来说还有高机动和大过载的要求。

由于复合材料具有比强度高、比模量大、可设计性强、抗疲劳能力强、可提升机体隐身性能、使用寿命长、减震性能好等特点，因此，无人机大多数结构采用复合材料，如机身、机翼、平尾、垂尾、尾撑、舵面和起落架等。

复合材料应用于无人机结构可以减重20%-30%。目前，行业认为复合材料的用量已经成为衡量一款无人机先进程度的重要指标之一，一般需要达到60%-80%左右，但是美国已有无人机达到全复合材料结构 (复合材料用量达到90%以上)

复合材料结构在无人机领域的应用

聚丙烯腈基碳纤维与 Nomex 蜂窝材料被广泛应用于无人机的机体外壳、机翼蒙皮与前缘；
PAN 基碳纤维板与泡沫材料复合制成的泡沫夹心复合材料或聚丙烯腈基碳纤维管被大量用作无人机主梁；
Kevlar纤维材料应用于螺旋桨、机身、连接件等部位以大幅提高抗疲劳强度与抗冲击能力。

中大型无人机主承力结构采用金属，其余采用复合材料，中小型无人机采用碳纤维、玻璃纤维及其混杂材料，无人战斗机采用碳纤维复合材料，芳纶纤维等。小型低速无人机采用碳纤维、芳纶纤维、纸蜂窝以及木质材料。

表无人机使用材料的比强度和比刚度

由于无人机在结构设计中不需要考虑人的生理承受能力限制，能更专注的针对无人机的机动性能进行设计，使其在材料选用上具有一些有别于载人飞机的特点。复合材料的应用能够在很大程度上提升机体的隐身能力。

首先，由于聚合物不具有导电性，因此，其能够避免探测波散射场的形成；其次，复合材料的应用对于结构与功能有效结合来说起着非常重要的作用，例如通过对结构型隐身材料的应用，能够大大降低机体对雷达探测波的反射; 最后，复合材料的应用可以实现机体的整体性，从而通过光滑、一体化的结构设计达到隐身的目的，避免接缝、钉子等不光滑设计导致对探测波的散射。总而言之，这些设计有效提升了无人机的隐蔽性。

据统计，目前，世界各国都在无人机上大幅度使用以碳纤维复合材料为主的先进复合材料，占到了结构总质量分数的 60%-80%；使机体减质量 25% 以上。从开始的非承力结构，无人机越来越多承力结构采用了碳纤维复合材料结构设计和制造。

无人机复合材料共固化结构设计

想要更好的减重，增加任务载荷，延长续航时间，复合材料的轻量化设计是现代无人机设计的趋势，而轻量化趋势就是结构整体化设计与制造。

随着复合材料用量的增大，结构的复杂程度不断攀升，能够充分发挥复合材料的潜力、大幅降低重量，进一步简化装配关系的整体化结构，缩短生产工序，显得非常有意义。

无人机结构一般采用板、梁、肋结构分别成型，然后通过室温胶接装配，首先胶接单侧板件与骨架，其次与另外一个板件进行室温胶接，胶接质量无法监测。本项目拟通过摸索，建立一种壁板与梁胶接共固化一次成型(中温固化)，粘接强度更大，可靠性更高，部件装配的周期更短，成本大幅度降低，而且能够减少连接件的使用。

共固化设计与制造技术具有先进性，能够更好的发挥复合材料可设计性强、比强度大、比模量高的优势，能够进一步进行轻量化设计，从而达到系统减重、任务载荷增加，续航时间延长等目的。

复合材料的应用部位已由非承力部件及次承力部件发展至主承力部件。发展方向也趋向大型化、整体化和低成本化，复合材料整体成型技术通过减少复杂、大型结构的零部件装配和紧固件数量来实现复合材料制件的轻质、高效、低成本。复合材料整体成型技术中优先选择共固化成型技术，该技术制造的复合材料制件结构质量轻、变形量小。