无人机轻质化之道：碳纤维复合材料的应用优势

行业动态 / 2023-12-27 17:03:40

无人机自诞生以来，减轻重量即成为世界各国无人机科技工作者们共同关注的研究热点之一。只有将机体结构质量降下来。才能节约出更多的质量空间来增加燃油和有效载荷，延长飞行距离和续航时间。

在解决减轻质量难题的过程中，碳纤维复合材料被广泛应用于大型民用客机和无人机之中。相较于传统的金属材料及复合材料，碳纤维复合材料具有轻质高强、抗疲劳和防盐雾侵蚀的特性，能够显著改善和提高无人机的综合性能。据统计，目前世界各国都在无人机上大幅度使用以碳纤维复合材料为主的先进复合材料，占到了结构总质量的60%～80%，使机体减质量超过25%。可以说，碳纤维复合材料的应用对无人机结构的轻质化、小型化和高性能化起到了至关重要的作用。

碳纤维复合材料在无人机上的应用有以下几个优势：

  1. 比强度和比刚度大：相比于其他复合材料，碳纤维复合材料具有高比强度和高比刚度的特性，能够在满足无人机机体相同强度和刚度的前提下，显著减轻结构重量，实现无人机的轻质化、小型化和高性能化，从而拥有更长的飞行距离和飞行时间。

  2. 可整体一体化成型：无人机往往需要具有高度翼身融合的飞翼式总体气动外形，需要在结构上采用大面积整体一体化成型技术。碳纤维复合材料经过模拟和仿真计算后，可以通过模压成型、热压罐外固化成型或RTM树脂传递模塑成型等工艺进行大面积一体化整体成型。

  3. 耐腐蚀和耐热性好：碳纤维复合材料具有优异的耐腐蚀和耐热性能，能够耐受自然界中的水和多种介质的腐蚀以及热膨胀的影响，满足无人机在各种环境条件下长期储存的特殊要求，降低使用和维护的寿命周期成本。

  4. 可植入芯片或合金导体：碳纤维复合材料还可以植入芯片或合金导体，形成具有智能的结构整体，可在恶劣环境下长期使用。植入的设备不会破坏其性能，能够可靠地执行特殊任务。

由于碳纤维复合材料在无人机上的应用优势，近年来，国内外许多先进无人机都采用了碳纤维复合材料。例如美国的“全球鹰”无人侦察机、X-45系列无人战斗机、“太阳神（Helios）”无人机，以及中国的“雷鸟”碳纤维无人机等。

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