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復合材料在無人機上的應用

2017-02-06 13:12:00 作者：本網整理來源：中國復合材料學會分享至：

    現代戰爭已是坦克、大炮、飛機、軍艦多兵種之間有機配合，空地海天電一體的立體戰爭。其技術之先進、殺傷力之強和危險性之大，都是前所未有的。而無人機以其體積小、重量輕、機動性好、飛行時間長和便于隱蔽為特點，尤其是因其無人駕駛，特別適合于執行危險性大的任務，故在現代戰爭中正發揮著越來越大的作用。

    作為一種新型航空作戰武器，從集體平臺技術觀點看，其具有下列共同的技術特點和要求：低成本、輕結構、高隱身、長航時、低使用壽命、長儲存壽命。上述這些特點和要求給無人機的機體結構設計帶來了嚴峻的挑戰，也給復合材料的應用帶來了獨特的需求和良好的發展機遇。

    減重是飛機結構設計永恒的主題。對于無人機來說，只有將結構數量系數控制在30%以下才能騰出重量空間讓給燃油、有效載荷、補償隱身等帶來的增重，滿足輕結構、長航時等要求。為減重，在無人機上必將大量使用復合材料，特別是先進復合材料。復合材料具有比強度和比剛度高、熱膨脹系數小、抗疲勞能力和抗振能力強以及可設計性強、易于整體成型等特點，將它應用于無人機結構可以減重20％~30％。

    據統計，目前世界上各種先進的無人機復合材料的用量一般占機體總重的60%~80%。如“捕食者”除機身大梁外全機由復合材料制成；“暗星”全機采用復合材料外加吸波涂層，滿足其高隱身性能的要求；X-47B無人作戰飛機 90%機體表面由碳纖維復合材料覆蓋；X-37無人空天飛機機體結構采用雙馬來酰亞胺預浸料制造。

    小型無人機采用泡沫夾層結構等新式構型，泡沫夾層結構重量輕、具有較大的彎曲剛度和強度。泡沫夾層結構是承載效率較高的結構形式，對于小型無人機，不僅一般結構可以采用，主要承載結構也可采用。思瑞安AIREX?泡沫制品是全球優質的夾芯材料，這種產品含50%-96%的空氣，這不僅可以減少原材料的消耗，而且可以減輕重量和降低成本。將其用作芯材置于玻璃鋼結構之間，可以實現夾層結構，該結構跟傳統的結構相比重量可以降低50%以上。

    無人機用復合材料設計標準制定無人機不需要考慮人的生理承受能力，為充分發揮復合材料的性能優勢，可以設計比有人機更低的安全系數，為了達到更高的靈活機動性能，無人機可以設計較大的過載荷系數，達到15~20g 。

    此外，無人機由于經常出現在敵方的防空和雷達監測的空域中，對隱身設計提出了更高的要求。現代隱身技術主要有材料隱身、涂層隱身、等離子體隱身、結構細節設計隱身等手段，毫無疑問，復合材料為隱身技術提供了更良好的制造條件。

    低成本、高效費比是無人機的顯著特點。采用整體化成形技術對于減少復合材料部件結構數量、降低使用和維護費用、節約成本、提高效率具有重要的作用。近年來，工程上，已經能夠用RTM 和RFI 成型工藝方法制造復合材料構件，但是國內尚沒有將這種成型工藝方法制造復合材料構件批量應用到具體型號上。

    無人機應用是在人飛上藍天后，又一個重大的科技進步，無論如何，積極地開展復合材料在無人機上各種關鍵技術的研究和應用，必將使無人機各項性能指標邁上一個新的臺階。