纵(zòng)观国外无人机(包括中、高空无人侦察机、无人作战飞机(jī)等),无一例外(wài)地(dì)大量使用了(le)复合材料结构,有些(xiē)甚至是全(quán)复合材(cái)料结(jié)构,因此以复合材料为核心(xīn)的无人机结构设计/ 制造技术是(shì)影响无人机发展的关键技术之(zhī)一。
复合材料在无人机上应用的优点与有人飞机相比,无(wú)人飞机(UAV)在机体结构设(shè)计中既不(bú)需要考虑机动飞(fēi)行过程中人的生理承受(shòu)能力限制,也不需要因为特(tè)别强调人(rén)的生(shēng)存性而对隐(yǐn)身及抗弹伤能力的结构和材(cái)料(liào)作特殊考虑(lǜ)。不过由于无人(rén)机机载设备技术先进,要求高,因此也要求(qiú)无人机有相(xiàng)当好的机体结构(gòu)性能,这使无人(rén)飞(fēi)机在结构选材上具有一些有别于有人飞机的(de)新(xīn)特点。无人(rén)机遂行任务的特(tè)殊性,也使其成(chéng)为采用(yòng)新型结构材料的(de)极好的平台。
和(hé)传统金属材料相(xiàng)比,复合材料具有比强度和比刚度高、热膨胀系数(shù)小、抗疲劳能力和抗振能(néng)力强的特点,将它应用于无(wú)人机结构中可以减重(chóng)25% ~30%。树脂基复合材料具(jù)有结构(gòu)重量轻、复杂或大(dà)型结构易于成型、设(shè)计空间大、比(bǐ)强度和比刚度(dù)高、热膨胀(zhàng)系数小等诸(zhū)多(duō)优(yōu)点。将复合材(cái)料直接应用于无人机结构上对减轻(qīng)空(kōng)机身重量、增加有(yǒu)效载荷(hé)、提高安(ān)全性和隐身(shēn)性具有重要(yào)的(de)作用。 据统计,目前世界上各种先进(jìn)无人机(jī)的复合(hé)材(cái)料用量一般占机体结构总重的(de)60% ~80%,复合材料的总用量可达90%以上。在(zài)无人机上大量采用复合材料的(de)益处是多方面的(de)。
首先,复合材料本身具有可设(shè)计(jì)性,在不改变结构重量的(de)情况下,可根据飞机的强度刚度(dù)要求(qiú)进行(háng)优化设计;在设计制造技术上满足了大多数无人机在(zài)高度翼身融合结构所需的大面积整体成形这一特点。其次,聚合物基(jī)复合材料(liào)具有特殊的(de)电磁性能,改性后有希望满(mǎn)足无人机结构(gòu)/ 功(gōng)能一体的高隐身技(jì)术要求。复合材(cái)料的(de)耐腐蚀性能,可满足(zú)无人机(jī)恶劣环(huán)境(jìng)下长储存寿(shòu)命(mìng)的特殊要求,降低使用维护(hù)的寿命周(zhōu)期成本。 再次,复合材料易植入芯片或合金导体形(xíng)成智能材料(liào)、结(jié)构(gòu)。
目前,复(fù)合(hé)材料在无人机领域(yù)已成(chéng)为(wéi)主要(yào)结构(gòu)材料,如昆明劲鹰无人机使用(yòng)碳纤维复合材料、玻璃纤维复(fù)合材料、蜂(fēng)窝夹层复合(hé)材料(liào)等,昆明劲鹰1000型八轴航拍(pāi)航(háng)测(cè)无人(rén)机具有强化刚性(xìng)的(de)机架结构机臂(bì)采用内(nèi)嵌硅胶线(xiàn)注塑工艺(yì),具有更好的(de)结构刚性及工作稳定(dìng)性,整个系统(tǒng)高度集成(chéng)化的设计,使安装调试工作变得更(gèng)加简(jiǎn)单(dān)快捷(jié),中心架具有更大的可用空间,方便安装及内置(zhì)各类航(háng)拍(pāi)辅助设备,使您的航拍系(xì)统(tǒng)拥(yōng)有(yǒu)更强的美感。通常,无人机除机身的龙(lóng)骨、梁和(hé)隔(gé)框、起落架等结(jié)构件采用铝合(hé)金(jīn)外,机翼(yì)、尾翼及(jí)各种天线(xiàn)罩、护板、蒙皮等结构件均大量(liàng)使用复合材料。另外,在(zài)中小(xiǎo)型无人机上,木质材料、轻型塑料、塑料薄膜等非金属材料也得到大量使(shǐ)用。复合材料(liào)的(de)应用对无人飞(fēi)机结构轻质化、小(xiǎo)型化和高性(xìng)能化已经(jīng)起到了至关重(chóng)要的作(zuò)用。
比较国内、外高空长航时无(wú)人机各项性能指标,研究发(fā)现(xiàn):影(yǐng)响我国(guó)无人机(jī)性能的关键是(shì)设计制造并使用大展(zhǎn)弦比复合材(cái)料柔性机翼。根据(jù)使用(yòng)环境(通常高空)和(hé)性能要求(通常(cháng)续航时间大于24h 和一定的任务载荷),高(gāo)空长航时无人(rén)机(jī)需要携带尽量多的(de)燃油(可以提高航程)和使用大(dà)展弦(xián)比柔性机翼(可以提高(gāo)升(shēng)力(lì))。利用树脂(zhī)基复(fù)合材料密度小、比(bǐ)强(qiáng)度(dù)、比刚度大和可剪裁(cái)的优点(diǎn),可以设计出大展弦比柔性(xìng)机翼(yì);利用(yòng)复合材料整体化设计(jì)/ 制造技术,可以在机翼上设(shè)置整体(tǐ)油箱,提高无人机的续航时间(jiān)和航程。由此可见(jiàn),无人机大(dà)展弦比(bǐ)复合材料柔性机翼整体化(huà)设计/制造技术是(shì)提高我国高空长航时无人机各种性能,特别是高空、长(zhǎng)航时(shí)性(xìng)能(néng)的关键技术之一。

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