盤點復合材料在無人飛行器中的應用
2015-08-20 16:50:58
作者：本網編輯來源：
自航空技術發明以來，工程師們一直致力于的一個課題就是開發無人機（無人機）進行軍事行動。
從軍事到民用
這些機器的第一次使用是在1849年的第一次意大利獨立戰爭中，奧地利軍隊使用了裝有時間引信控制的炸彈的無人氣球。
盡管世界各地的現代軍隊對這些無人機進行了廣泛的軍事應用，從情報到沖突地區的行動，但直到威尼斯 ‘drones’轟炸166年后，無人機才從軍事轉移到民用。
目前這些系統都是由世界各地的政府、私人公司和個人用于監測和執法以提高物流，甚至用于休息、拍照或拍視頻。
減輕無人機的重量
技術的發展，如重于空氣的航空器，無線電控制和視頻已經幫助我們構建了標志性的飛機如MQ-1捕食者或DJI 幽靈無人機，并且提高了無人機的公眾興趣。目前，無人駕駛飛機在未來的航空業，特別是在軍事領域中有越來越重要的作用。
然而，由于無人駕駛飛機往往比傳統的飛機更小并具有有限的燃油容量，其飛行時間往往顯著低于載人飛機。當考慮到飛機的有效載荷時，該問題變得更加嚴重，載荷的范圍可以從一組地獄火導彈到民用小型相機。
為了改善這種情況，飛機重量的減少是至關重要的，使用傳統航空航天材料如鋁6061-T6在無人機的建設上不是一個可行的設計方案。因此，復合材料在無人機的設計和制造中起著核心的作用。
飛機（圖片來源于網絡）
復合材料
復合材料是由兩種材料（基底或粘結劑和增強劑）或更多的具有不同物理或化學性質的成分組成。當這些材料相結合，新材料與各個組成部分具有不同的特點。
通常由纖維承擔負載（70-90%的負荷），然后剛度和形狀是由基底提供。
然而，在處理復合材料時需要考慮的最重要的特性之一是它們的機械性能，如強度，通常取決于所施加負載的方向。這些材料已經以混凝土和泥磚的形式應用了幾千年，以及木材和骨頭等天然復合材料。
航空工業復合材料的歷史
復合材料對于航空航天工業并不陌生，早在上世紀40年代，玻璃纖維增強復合材料（GFRP）就已經開始以自己的方式進入航海工業。1944年第一架復合材料機身的飛機在美國起飛，一架實驗性修改的Vultee BT-15。
在1960年初，復合材料以pre-pegs的形式使用，其是由一系列預浸漬環氧樹脂的纖維增強塑料（FRP）組成。樣品可以在AV-8B Harrier的翅膀和機身前部、A-320的尾部以及其他軍用飛機中看到，如歐洲戰斗機2000。
近日，空客公司將復合材料的使用從iconicA380的25%增加到新A350 XWB的53%。波音公司也這樣做：777結構的12%是由復合材料制成的，并且現在他們的最新飛機787是由50%的復合材料構成。這減少了787飛機20%的重量，并減少了預定的、非常規的保養，由于減少了腐蝕和疲勞的風險。
采用復合材料設計UVAs
這種復合材料的使用在無人機行業中得到了體現。2009年，一個對復合材料領域200個模型的調查發現所有的模型均具有復合材料部件并且很多實例報道了碳纖維在機身構建中的使用。
然而，對有效負載荷能力和無人駕駛性能要求的增加，使得工業上開發出另一種無人機結構建設的復合材料：碳纖維增強聚合物（CFRP），這是現在無人機機身建設使用的原材料。
在一般情況下，碳纖維復合材料使用熱固性樹脂，其在加熱時發生固化時，作為基本的結構組成與碳纖維結合。這使得材料的重量比玻璃鋼復合材料更輕、強度更大，即使與金屬相比。
例如，鋼結構的重量約為同等強度的碳纖維復合材料結構的5倍以上。然而，他們的高成本（比玻璃纖維貴5至25倍）已經抑制了這種材料在工業上的使用。此外，該材料具有導電性，使其不適于特定應用。
芳綸纖維/環氧樹脂復合材料已用于螺旋槳結構，因為它比碳纖維更輕?？紤]到無人機的幾種設計由4個或更多的螺旋槳組成，這種材料的應用的具有相當大的優勢。螺旋槳的慣性減小，從而降低了振動，有助于使無人機在飛行過程中更加穩定。
責任編輯：李玲珊
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