纵观国外无人机(包(bāo)括中、高空无(wú)人侦察机、无人作战飞(fēi)机等),无一例外地大量使用了(le)复合材(cái)料结构,有(yǒu)些甚至(zhì)是全复(fù)合材料结构(gòu),因此以(yǐ)复合材料为核心的(de)无人机(jī)结构设计/ 制造(zào)技术是影响无人机发展的关键技(jì)术之一。
复合材料在无(wú)人机上应用的优点(diǎn)与有(yǒu)人飞机相比(bǐ),无(wú)人飞机(UAV)在机体结(jié)构设计中既不需要考虑机动飞行过程中人的(de)生理(lǐ)承(chéng)受能力限制,也不需(xū)要因为特别强调人的生存性而对隐(yǐn)身(shēn)及抗(kàng)弹伤能力的结构(gòu)和(hé)材料作特殊考虑。不过(guò)由(yóu)于无人机机(jī)载(zǎi)设备技术(shù)先进,要求高,因此也要(yào)求无人机有(yǒu)相当好(hǎo)的机(jī)体结构性能,这使无人飞机在结构(gòu)选材上(shàng)具有一(yī)些有别于有人飞机的新特(tè)点。无人机遂行(háng)任务的特殊性,也使其(qí)成为采用新型结构材料的(de)极好的平台(tái)。
和(hé)传(chuán)统金属材料相(xiàng)比,复(fù)合材料具有比(bǐ)强度和比刚度高、热膨胀(zhàng)系数小、抗疲劳能力和抗振能力强(qiáng)的特点,将它应(yīng)用于无人机结构中可以(yǐ)减重25% ~30%。树(shù)脂基复(fù)合材料具有结(jié)构(gòu)重量轻、复杂或大(dà)型结构易于成型、设计空间大、比强(qiáng)度和比(bǐ)刚(gāng)度(dù)高、热膨胀系数小等诸多优点。将复合材料直接应用于无(wú)人机结构(gòu)上对(duì)减轻空机身重量(liàng)、增加有效(xiào)载荷、提(tí)高安全性和隐身性具(jù)有(yǒu)重要的作用。 据统计,目前世界上各种先进无人(rén)机的复合材(cái)料用量(liàng)一般占机体结构总重的60% ~80%,复合材料的总用量可(kě)达(dá)90%以上。在无人(rén)机上大量采用复合材料(liào)的益处是多方(fāng)面的(de)。
首先,复合材料本身具有可设(shè)计性,在不改(gǎi)变结构重量的情况下(xià),可根据飞机的强度(dù)刚(gāng)度要求进(jìn)行优化设计;在设计制(zhì)造技术上满足了大多数无(wú)人机在高度翼身融合(hé)结构所需(xū)的(de)大面(miàn)积整体成(chéng)形这一特点。其次,聚(jù)合物基复合材料(liào)具有特殊的电磁性能,改性(xìng)后有希(xī)望满足无(wú)人机(jī)结构/ 功能(néng)一(yī)体的(de)高隐身技术要求(qiú)。复合材(cái)料的耐(nài)腐蚀性能,可(kě)满(mǎn)足无(wú)人机恶劣环境下长(zhǎng)储存寿命的特殊(shū)要求,降低使用维护的寿(shòu)命周期成本。 再次,复合(hé)材(cái)料易植入芯片或合金导体(tǐ)形(xíng)成(chéng)智能材料、结构(gòu)。
目(mù)前,复合材料在无人机领域已成为主要结构材料(liào),如昆明劲鹰无人机使(shǐ)用碳(tàn)纤维复合材料、玻璃纤(xiān)维复合材料、蜂窝夹层复合材料等,昆(kūn)明劲鹰1000型(xíng)八轴航拍航测(cè)无人机具有(yǒu)强(qiáng)化刚性的机架结(jié)构机臂采用内嵌硅(guī)胶线注塑工艺(yì),具有(yǒu)更好的结构(gòu)刚性及工作稳定性(xìng),整个系统高度集(jí)成(chéng)化的设计,使安装调试工作变得(dé)更(gèng)加简单快捷(jié),中心架具有更(gèng)大的可(kě)用(yòng)空间(jiān),方便安装及(jí)内置各类航(háng)拍辅助设备,使您的(de)航拍系统(tǒng)拥有更强的美感。通常,无人机除机身的龙骨、梁和隔框、起(qǐ)落架(jià)等结构(gòu)件采用铝(lǚ)合金外,机翼、尾翼(yì)及(jí)各种天线罩、护板、蒙皮等结构件均大量使用复合材料。另外,在中小型无人机上,木质材(cái)料、轻型塑料、塑料薄膜等非金属(shǔ)材料也得到大量使用(yòng)。复合(hé)材料的应(yīng)用对无人(rén)飞机结构轻质(zhì)化、小型化和(hé)高(gāo)性(xìng)能化已经(jīng)起到了(le)至关重要的作(zuò)用。
比较(jiào)国内、外(wài)高空长航时无(wú)人机各项性能指(zhǐ)标,研(yán)究发(fā)现:影(yǐng)响我国无人机性能的关键是设计制造并使用大展(zhǎn)弦比复合(hé)材(cái)料柔性机(jī)翼。根据使用环(huán)境(通常高空)和性能要求(通常续(xù)航时间大(dà)于24h 和一定的任务载荷),高空长航时无人机需要携带(dài)尽量多的燃油(可以(yǐ)提高航(háng)程)和使用大展弦比柔性机翼(可以提高升(shēng)力)。利用(yòng)树脂基(jī)复合材料密度小、比强度、比刚度大和可剪裁的优点,可以设计(jì)出大展(zhǎn)弦比柔性机翼;利用复合材(cái)料整(zhěng)体化设计/ 制造(zào)技术,可以在机翼上(shàng)设置整体油箱,提高无人机(jī)的(de)续航时间和航程。由此可见,无人机大展(zhǎn)弦比复合材料柔性(xìng)机翼整体化设计/制造技术是提(tí)高我(wǒ)国(guó)高空长航时无人机各种性能,特别(bié)是高(gāo)空、长航(háng)时(shí)性能的关键技术之一。

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