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复合材(cái)料在无(wú)人机上的应用

 

纵观(guān)国外无人机(包括中(zhōng)、高空(kōng)无人侦察机、无人作(zuò)战飞机等),无一(yī)例外地大量使用了复(fù)合材料结构(gòu),有些甚(shèn)至(zhì)是全复合材料结(jié)构,因此以(yǐ)复合材料为(wéi)核(hé)心的无人机结构设计制造技术是影响无人机发展(zhǎn)的关键技术(shù)之(zhī)一(yī)。 

复合材料在无人机(jī)上应用的优点与有人飞机(jī)相比,无人飞机(UAV)在(zài)机体(tǐ)结构(gòu)设计中既不需要考虑机动飞行过程中人(rén)的生(shēng)理承受能力限制,也不需(xū)要因为特别强调(diào)人的生(shēng)存性而(ér)对隐身及抗弹伤(shāng)能(néng)力的结(jié)构(gòu)和材料作特殊考虑(lǜ)。不过由于无人机机载设备技术先进,要(yào)求高,因此也要求无人机有相(xiàng)当好的机(jī)体结构性能,这使无人飞机在(zài)结构选材上(shàng)具有(yǒu)一些有别于有人飞机的新特点。无(wú)人(rén)机遂行任(rèn)务的特(tè)殊性,也使(shǐ)其成为采用新型结构材料的极好(hǎo)的平台(tái)。 

和传统金属(shǔ)材料(liào)相比,复(fù)合材料具有比强度和比刚度高(gāo)、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振(zhèn)能力强的特点,将它应(yīng)用于(yú)无人机结构中可以(yǐ)减重25% ~30%。树脂基复合材料具(jù)有结构重量轻、复杂(zá)或大型结构易(yì)于成型、设计空间(jiān)大、比强(qiáng)度和比刚度高、热膨(péng)胀(zhàng)系数小(xiǎo)等诸(zhū)多优点。将复合材料直接(jiē)应用于无人(rén)机结构上对减轻空机身重(chóng)量、增(zēng)加有效载荷、提高安全性和隐身性具有(yǒu)重要的(de)作用。 据(jù)统计,目(mù)前世界(jiè)上各种(zhǒng)先进无(wú)人机的复合材料用量一般占(zhàn)机体结构总重的60% ~80%,复合材料的总用量可达(dá)90%以(yǐ)上。在无人(rén)机上大量(liàng)采用复合材料的益处是(shì)多方面的(de)。 

首先,复合材料本身具(jù)有(yǒu)可(kě)设计性(xìng),在(zài)不改变结构重量的情况下,可根据飞(fēi)机的(de)强(qiáng)度刚度要求进行优化设(shè)计;在设计制造技术上满足了大多数无(wú)人机在高度翼身(shēn)融合结构所需的大面积整体成(chéng)形这(zhè)一特点。其次,聚合(hé)物基复合材料具(jù)有特殊的(de)电(diàn)磁性能,改性后有希望满(mǎn)足无人机结构(gòu)功能一体的高隐(yǐn)身技术要求。复(fù)合材料(liào)的耐腐蚀性能,可满(mǎn)足无人机(jī)恶劣环境下长(zhǎng)储存寿命(mìng)的特(tè)殊要求,降低使用维护的寿命周期成本。 再次,复合材料易(yì)植入芯片或(huò)合金导体形(xíng)成智能材料、结构。 

目前,复合材料在(zài)无(wú)人机(jī)领域已成为主要(yào)结构材料,如(rú)昆明劲鹰无人(rén)机(jī)使用碳纤维复合(hé)材(cái)料、玻璃纤(xiān)维复(fù)合材(cái)料、蜂(fēng)窝夹层复(fù)合材料(liào)等昆(kūn)明劲鹰1000型八轴航拍航测无人机具(jù)有强化刚(gāng)性的(de)机架结构机臂采(cǎi)用内嵌(qiàn)硅胶线注塑工艺,具有(yǒu)更好的结构(gòu)刚性及工作稳定(dìng)性,整个系统高度集成化的设计,使(shǐ)安(ān)装调试工作变(biàn)得(dé)更加简(jiǎn)单(dān)快捷,中(zhōng)心架(jià)具有更(gèng)大的可用空间,方便安(ān)装及(jí)内置各类航(háng)拍辅助设(shè)备(bèi),使您(nín)的航拍系统拥有更(gèng)强的美感。通常,无人机除机身的龙骨、梁和隔框、起落架等结构件(jiàn)采用铝合金外,机翼(yì)、尾翼(yì)及各种天线罩、护板、蒙皮等结构件均(jun1)大量使(shǐ)用复合材料。另(lìng)外,在中小型无(wú)人机上,木质材(cái)料、轻型塑料、塑料(liào)薄膜(mó)等非金(jīn)属材料(liào)也得到大量使用。复合材料的应(yīng)用对无人飞(fēi)机(jī)结构轻质化、小型化和高性能化已(yǐ)经起到了(le)至关重要的作用。 

比较国内(nèi)、外高(gāo)空长航时无人机各项性能指标,研究发现:影响我(wǒ)国无人机性能的关(guān)键是设计(jì)制(zhì)造并(bìng)使用(yòng)大展弦比复合材(cái)料柔性机翼。根据使用(yòng)环境(通常高空)和(hé)性能要(yào)求(qiú)(通常续航(háng)时间大于24h 和一定的任务载荷),高空长航时无人机需(xū)要(yào)携带尽量多的燃油(可以提(tí)高航程)和使用(yòng)大展弦比柔性机(jī)翼(可(kě)以(yǐ)提高升力(lì))。利用树脂基复(fù)合(hé)材(cái)料密度小、比强度、比刚(gāng)度大和(hé)可剪(jiǎn)裁的优点(diǎn),可(kě)以设计出大展(zhǎn)弦(xián)比(bǐ)柔性(xìng)机翼;利(lì)用复合材(cái)料整体(tǐ)化设(shè)计(jì)制造技术,可(kě)以在机翼上设置整体油箱,提高无人机(jī)的续航时间和航程(chéng)。由(yóu)此可见(jiàn),无人(rén)机大展弦比复合材料(liào)柔性机翼整体化设计(jì)/制造技术是提高我国高空长航时无人机(jī)各(gè)种性能,特(tè)别是高空、长航时性(xìng)能的关键技术之一。 

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