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1 無人機的特性需求分析

用于無人機系統(tǒng)的材料體系需要滿足三個基本特征，分別是：輕量化、可靠性和經(jīng)濟適用性，而結(jié)合三個基本特征又有各自的需求，如下所示：

1.1 輕量化

高的剛度/重量比（高比剛度）；

增強的飛行耐力；

有效載荷擴展；

航程增加；

輕量化結(jié)構(gòu)與增材制造

1.2 可靠性

安全可靠的空中交通通訊；

材料的可持續(xù)性；

極端條件下的操作

1.3 合適的經(jīng)濟性

結(jié)構(gòu)的端到端工具；

生命周期成本；

制造自動化；

更高的生產(chǎn)率；

集成結(jié)構(gòu)

2 先進復合材料在無人機領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢

復合材料具有顯著的輕量化效果，碳纖維密度低于2g/cm³，與之相比，鋁為2.7g/cm³，鈦為4.5g/cm³。對于碳纖維復合材料，增強基體密度通常在1到1.4g/cm³之間，因此最終復合材料的總密度在1.3到1.6g/cm³之間。

先進復合材料尤其是碳纖維復合材料具有優(yōu)異的高比強度、高比剛度。對于航空航天應(yīng)用，剛度是非常重要的。對于空氣動力學，希望結(jié)構(gòu)保持相對剛性以保持其空氣動力學形狀，一般而言，鈦的比剛度為25，鋁的比剛度為26，碳纖維復合材料的比剛度為113。

碳纖維優(yōu)異的比強度和比剛度（比模量）

碳纖維復合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用已有50多年的歷史，它們作為軍用和商用飛機以及旋翼機的主要結(jié)構(gòu)也已經(jīng)使用了30多年，因此就可靠性而言碳纖維復合材料適用于無人機系統(tǒng)。

復合材料可以改善無人機系統(tǒng)的電磁特性。由于這些系統(tǒng)是無人操作的，因此需要通過無線或衛(wèi)星通信與地面站進行高效可靠的通信。復合材料可以調(diào)諧以吸收某些電磁頻率并通過其他頻率。

復合材料具有很強的抗疲勞性能，因此與金屬不同，它們不會在反復循環(huán)荷載作用下形成裂紋。復合材料結(jié)構(gòu)幾十年來一直是軍用航空和航天作戰(zhàn)的一部分，在極端惡劣的環(huán)境和熱載荷下表現(xiàn)良好。

綜上所述，復合材料在無人機系統(tǒng)中獲得大量應(yīng)用的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

可進行復雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計；

先進的制造方法；

快速固化和非高壓滅菌溶液；

注塑、增材制造和氣動結(jié)構(gòu)；

優(yōu)異的強度和壽命；

耐腐蝕、耐沖擊、輕質(zhì)耐溫；

可擴展性和靈活性；

模具和壓縮成型；

EMF屏蔽、介電涂層等

3 復合材料在無人機中結(jié)構(gòu)應(yīng)用

復合材料在無人機系統(tǒng)中典型應(yīng)用如下圖所示，目前無人機機翼采用了全碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)，而翼尖小翼、機身等結(jié)構(gòu)也采用了碳纖維及其預浸料系統(tǒng)