无人机用碳纤维复合材料低成本应用的研究趋势

2020-3-23

由于无人机普遍具有体积小、质量轻的特点,与载人飞机的安全标准存在着差异,因此在材料设计和加工工艺设计上需要开发并遵循一套新的标准体系,这也是世界各国的无人机材料设计者们不断研究和探索的内容。目前主要采用的制造方法有热压罐成型、真空袋成型、模压成型等几种方式。

无人机的研制最早是由于军事的需要,现如今,越来越多的民用领域也开始需要无人机来发挥作用了。无人机不仅在大气研究、环境监测、防火救灾等领域出现广泛应用,而且在体育摄影、休闲娱乐、商业活动等领域也有出现,例如之前新闻报道的,某快递公司开始尝试使用无人机在偏远地区配送包裹的服务。因此,降低制造成本,尤其是降低无人机的碳纤维复合材料成本,成为现阶段的一个重点研究对象。

无人机作为特殊的飞行器材,它的设计不需要考虑人的生理承受能力,可以充分发挥碳纤维复合材料的性能,考虑更大的设计空间;兼顾无人机的载荷分布和受力情况,博实碳纤维通常采用的是机壳一体化设计,可减少重量30%左右,同时也减少了紧固件零部件的数量,安全性更有保障。并且针对不同使用环境的无人机,可以研究设计出合适的气动外形。

在借鉴其他领域应用的基础上,我们对碳纤维无人机的制造工艺进一步的发展、完善和提高更多的采用机械自动化制造技术。包括在打飞机制造领域被广泛采用的自动铺带技术和自动铺丝技术,配合缠绕、拉挤等成型技术,研制出适合无人机专用的碳纤维复合材料制造成型工艺技术,为低成本的在无人机上应用碳纤维复合材料探索出更多的技术路线。

在国防军事等一些特殊领域应用,无人机还需要有一定的隐身性能。由于一般的碳纤维复合材料透波和吸波性能有限,因此,研制开发与碳纤维复合材料相容并具有高效吸波效果的吸波涂层,或者通过改进树脂基质开发出具有较好吸波性能的碳纤维复合材料,或通过翼面机身外形一体化设计减少对电磁波的反射,以达到隐身的功能。

随着碳纤维复合材料在无人机上的应用不断增加,需要针对碳纤维复合材料开展专业的修补技术研究,特别是研究出能适应无人机的使用特点。在受损时可以高效、快速、低成本地对无人机结构材料进行修补的技术。目前,针对碳纤维复合材料修补技术在国内已经有一定的研究进展,但目前还没有形成完善的体系,尤其是针对无人机碳纤维复合材料低成本快速修复技术将是未来研究的一个重要领域。


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