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近日碳纖維復合材料在小型無人機上的應用
作者:管理員    發布于:2020-11-19 02:05:21    文字:【】【】【

無人機(UAV)是一種有動力、可遠距離控制、可攜帶多種設備執行任務,并能重復使用的無人駕駛航空器。它主要由無人機平臺、地面站設備( 含無線電控制、任務設備通訊與控制、發射回收裝置等)以及有效載荷三部分組成。

碳纖維無人機
碳纖維及其復合材料廣泛應用于航空航天等領域。其中,樹脂基碳纖維復合材料可用于制造飛機、衛星、火箭等飛行器的部件重量輕而且強度高抗疲勞性能優良。新一代民用客機如波音787, 其結構中復合材料的占比超過了50%,機翼蒙皮等部位大量采用碳纖維復合材料。碳纖維復合材料的使用不僅降低了飛機的重量,還增加了使用壽命。因此,在小型無人機領域,碳纖維復合材料也得到了廣泛的應用。

一、為什么小型無人機要采用碳纖維復合材料

小型無人機重量輕(起飛重量一般不超過7kg),載荷較小,飛行高度低(不高于500m),速度慢(0-300km/h),續航時間通常較短動力系統較弱等。但由于起降場地小,飛行作業環境復雜則又要求飛機具有一定抗毀傷能力。 目前,主流的微小型飛行器包括固定翼飛機和多旋翼飛機,以及小型旋翼直升機。

傳統的微小型無人機通常采用輕木結構框架表面加以熱縮蒙皮,或者是采用EPP等材質發泡成型;對多旋翼而言,機體通常采用鋁合金型材,或者塑料。這些材料雖然重量輕,但是強度剛度不夠,在外力的沖擊下,輕而易舉的就受到損傷,于是碳纖維增強樹脂等材料便成為了更好的選擇。

二、碳纖維復合材料在小型無人機上的應用優勢

碳纖維一般不單獨作為材料使用,常被加工成織物、氈、席、帶、紙等,或者作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷等材料中,作為碳纖維增強復合材料。

對于小型飛行器,大面積應用碳纖維材料的部位在機翼機翼既要承受全機的載荷,氣動升力和阻力,也要承受拉力,扭力,剪切力等。而小型飛行器的重量要求十分苛刻,有限的電池容量、更多的任務載荷等的種種原因,每減輕1g重量,無人機的飛行性能都可能會得到巨大的提升。所以,減重便是碳纖維復合材料應用在無人機的結構中的最大優勢。

三、三明治夾心結構復合材料在小型無人機上的應用

對于大型飛機而言,其機身主要采用薄殼結構,機翼以翼肋復合蒙皮。在小型無人機上并不能照搬該種結構,這里面有成本、成型工藝等眾多因素的影響。研究人員發現,碳纖維三明治夾芯結構能夠減少這些影響。

三明治夾芯結構在具有在保持力學性能的同時顯著減輕重量的能力。因此,在三明治夾芯復合材料的應用變得越來越廣泛。上下兩層蒙皮選用碳纖維樹脂復合板材,芯材使用XPS、EPP、PMI等的具有一定硬度和抗壓能力的輕質泡沫塑料,通過一定的工藝,使之形成碳纖維織物-芯材-碳纖維的復合夾心結構。

碳纖維無人機機架
隨著碳纖維復合材料在航空、航天領域應用的越來越廣泛,小型無人機上也越來越多的采用碳纖維復合材料。隨著無人機技術的高速發展,無人機使用的門檻也在不斷降低,小型無人機也開始進入人們的生活中,成為一項越來越普及的消費品,并且隨著碳纖維復合材料技術的不斷升級,其市場潛力無限。

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