复合材料在无人机上的应用

2017-02-06 13:12:00 作者：本网整理来源：中国复合材料学会分享至：

    现代战争已是坦克、大炮、飞机、军舰多兵种之间有机配合，空地海天电一体的立体战争。其技术之先进、杀伤力之强和危险性之大，都是前所未有的。而无人机以其体积小、重量轻、机动性好、飞行时间长和便于隐蔽为特点，尤其是因其无人驾驶，特别适合于执行危险性大的任务，故在现代战争中正发挥着越来越大的作用。

    作为一种新型航空作战武器，从集体平台技术观点看，其具有下列共同的技术特点和要求：低成本、轻结构、高隐身、长航时、低使用寿命、长储存寿命。上述这些特点和要求给无人机的机体结构设计带来了严峻的挑战，也给复合材料的应用带来了独特的需求和良好的发展机遇。

    减重是飞机结构设计永恒的主题。对于无人机来说，只有将结构数量系数控制在30%以下才能腾出重量空间让给燃油、有效载荷、补偿隐身等带来的增重，满足轻结构、长航时等要求。为减重，在无人机上必将大量使用复合材料，特别是先进复合材料。复合材料具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强以及可设计性强、易于整体成型等特点，将它应用于无人机结构可以减重20％~30％。

    据统计，目前世界上各种先进的无人机复合材料的用量一般占机体总重的60%~80%。如“捕食者”除机身大梁外全机由复合材料制成；“暗星”全机采用复合材料外加吸波涂层，满足其高隐身性能的要求；X-47B无人作战飞机 90%机体表面由碳纤维复合材料覆盖；X-37无人空天飞机机体结构采用双马来酰亚胺预浸料制造。

    小型无人机采用泡沫夹层结构等新式构型，泡沫夹层结构重量轻、具有较大的弯曲刚度和强度。泡沫夹层结构是承载效率较高的结构形式，对于小型无人机，不仅一般结构可以采用，主要承载结构也可采用。思瑞安AIREX?泡沫制品是全球优质的夹芯材料，这种产品含50%-96%的空气，这不仅可以减少原材料的消耗，而且可以减轻重量和降低成本。将其用作芯材置于玻璃钢结构之间，可以实现夹层结构，该结构跟传统的结构相比重量可以降低50%以上。

    无人机用复合材料设计标准制定无人机不需要考虑人的生理承受能力，为充分发挥复合材料的性能优势，可以设计比有人机更低的安全系数，为了达到更高的灵活机动性能，无人机可以设计较大的过载荷系数，达到15~20g 。

    此外，无人机由于经常出现在敌方的防空和雷达监测的空域中，对隐身设计提出了更高的要求。现代隐身技术主要有材料隐身、涂层隐身、等离子体隐身、结构细节设计隐身等手段，毫无疑问，复合材料为隐身技术提供了更良好的制造条件。

    低成本、高效费比是无人机的显著特点。采用整体化成形技术对于减少复合材料部件结构数量、降低使用和维护费用、节约成本、提高效率具有重要的作用。近年来，工程上，已经能够用RTM 和RFI 成型工艺方法制造复合材料构件，但是国内尚没有将这种成型工艺方法制造复合材料构件批量应用到具体型号上。

    无人机应用是在人飞上蓝天后，又一个重大的科技进步，无论如何，积极地开展复合材料在无人机上各种关键技术的研究和应用，必将使无人机各项性能指标迈上一个新的台阶。