纵观国外(wài)无(wú)人机(jī)(包括中、高空无人侦察机、无人作战飞机等(děng)),无一例外地大量使用了复合材料(liào)结(jié)构,有些甚(shèn)至是全复合材料结构,因此以复合材料为(wéi)核心(xīn)的无人机结(jié)构设计/ 制造技术(shù)是影(yǐng)响无人机发(fā)展(zhǎn)的关(guān)键技术之一。
复合(hé)材料在无(wú)人(rén)机(jī)上应用的(de)优点与有人飞机相比,无人(rén)飞机(UAV)在机体(tǐ)结构设计(jì)中既不需要(yào)考虑机动飞行过程中人的生理承受能力限制(zhì),也不需要因(yīn)为特别强调人的(de)生(shēng)存(cún)性而(ér)对(duì)隐身及抗(kàng)弹伤能力的结构(gòu)和材料作特(tè)殊考虑。不(bú)过(guò)由于无人机机载设(shè)备技术先进,要求(qiú)高(gāo),因此也要求无人(rén)机有相当好的机体结构(gòu)性能,这使无人飞机在结(jié)构选材上具有一些(xiē)有(yǒu)别于有人飞机的新特点。无人机(jī)遂行任务的特殊(shū)性,也使其成(chéng)为(wéi)采用新(xīn)型结构(gòu)材(cái)料的极好的平台。
和传(chuán)统(tǒng)金属材料相比,复合材料具有比(bǐ)强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能(néng)力(lì)和抗振能(néng)力(lì)强的特点(diǎn),将它应用于无人机结构(gòu)中可以减(jiǎn)重25% ~30%。树脂基复合材料(liào)具有(yǒu)结构重(chóng)量轻、复杂或大型结构(gòu)易于成型、设计(jì)空间大(dà)、比强度和(hé)比(bǐ)刚度高、热膨胀系数小等诸多优点。将复合材料直接(jiē)应(yīng)用于无人机(jī)结构上对减轻空机身重量、增加(jiā)有(yǒu)效载荷(hé)、提高安全(quán)性和隐身(shēn)性具有重要的(de)作(zuò)用(yòng)。 据统(tǒng)计,目前世界(jiè)上各种先进无人机的复合材料用量一般占机体结构总重的(de)60% ~80%,复合材料的总(zǒng)用量可达90%以上(shàng)。在(zài)无人机上大量(liàng)采用复(fù)合(hé)材料的益(yì)处是(shì)多方面的。
首先,复(fù)合(hé)材料本身具有可设计(jì)性,在不(bú)改变结构重量的情况(kuàng)下,可根(gēn)据飞(fēi)机的强度(dù)刚度要求进行优化设计;在设计制造(zào)技术上(shàng)满(mǎn)足了大多数无人机在高度翼身融(róng)合(hé)结构所(suǒ)需的大面积(jī)整(zhěng)体成形这一特点。其次(cì),聚合物(wù)基复合材(cái)料具(jù)有特殊的电磁性能,改(gǎi)性后有希望(wàng)满足无人机结构/ 功(gōng)能一体的高隐身技术要求。复合材料的耐腐蚀性能,可满足(zú)无人机恶劣环境下长储存寿命的(de)特(tè)殊要(yào)求,降低使用维护的寿命周期(qī)成本。 再(zài)次,复合(hé)材料(liào)易植入(rù)芯片或(huò)合金导体形(xíng)成智能材料、结构(gòu)。
目前(qián),复合材料在无人机领域(yù)已成为主要(yào)结构材料,如昆明劲鹰无(wú)人机使用碳纤维复合材料、玻璃(lí)纤维(wéi)复(fù)合材料(liào)、蜂窝夹层复合材(cái)料(liào)等,昆明劲鹰1000型八轴(zhóu)航拍航测无(wú)人机具有强(qiáng)化(huà)刚(gāng)性的(de)机架结构机臂采用(yòng)内嵌硅胶线(xiàn)注塑工艺,具有更好的结(jié)构刚性及工作(zuò)稳定性,整个系统高度集成化的设计,使(shǐ)安装调试工作变(biàn)得(dé)更加简单(dān)快捷(jié),中(zhōng)心架(jià)具有更(gèng)大的可(kě)用(yòng)空(kōng)间,方便安装(zhuāng)及内置各类航拍(pāi)辅助设备,使您的航拍系统拥有更强的美感。通(tōng)常,无人机除(chú)机身的龙骨、梁和隔框、起落架等结构件采用铝合金外,机翼、尾翼及各(gè)种天线罩、护板、蒙皮(pí)等结构件均大量使用复合(hé)材料(liào)。另外,在中(zhōng)小(xiǎo)型无(wú)人机(jī)上,木质材料、轻型(xíng)塑料(liào)、塑料薄膜等非金属材料也得(dé)到大量使用。复合材料的应用对(duì)无人飞机结构轻质化、小型(xíng)化(huà)和高性能(néng)化已(yǐ)经(jīng)起到(dào)了至(zhì)关(guān)重要的作用。
比较国内(nèi)、外高空长航(háng)时无人机(jī)各项性能指标,研究发现:影响(xiǎng)我(wǒ)国无人机(jī)性能的关键是设(shè)计制造并使用大展弦(xián)比复合材料柔性机翼。根据使用环境(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(zǎi)荷),高空长航(háng)时(shí)无人机需要(yào)携带尽量多的燃油(可以提高航程(chéng))和使用大展弦比柔性机翼(可以提高升力)。利用树脂基复合材料密(mì)度小、比强度、比刚度大和可剪裁的优点(diǎn),可以设计出(chū)大展弦比(bǐ)柔(róu)性(xìng)机翼;利(lì)用复合材料整体化设计/ 制(zhì)造技(jì)术,可以(yǐ)在机翼上设(shè)置(zhì)整体油箱,提高(gāo)无人机的续航时间和航程。由此(cǐ)可(kě)见,无(wú)人机大展弦比复合材料柔性机翼(yì)整体化(huà)设计/制造技术是提高我国高空长航时无人机各种(zhǒng)性能,特别是高(gāo)空、长航时性能(néng)的关键技术之一(yī)。

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