碳纤维及其复合材料广泛应用于航空航天等领域。其中,树脂基碳纤维复合材料可用于制造飞机、、火箭等*行器的部件
重量轻而且强度优良。新-代民用客机如波音787，其结构中复合材料的占比超过了50% ,机翼蒙皮等部位大
采用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料的使用不仅降低了飞机的重量,还增加了使用寿命。因此,在小型无人机领域,碳纤
维复合材料也得到了广泛的应用。
一、为什么小型无人机要采用碳纤维复合材料：小型无人机重量轻(起飞重量一般不超过7kg) ,载荷较小，飞行高度低(不高于500m) ,速度慢(0- 300km/h) ,续航时间通常较短动力系统较弱等。但由于起降场地小，飞行作业环境复杂则又要求飞机具有一定抗毁伤能力。目前,主流的微小型*行器包括固定翼飞机和多旋翼飞机,以及小型旋翼直升机。传统的微小型无人机通常采用轻木结构框架表面加以热缩蒙皮,或者是采用EPP等材质发泡成型;对多旋翼而言,机体通常采用铝合金型材,或者塑料。这些材料虽然重量轻,但是强度刚度不够,在外力的冲击下,轻而易举的就受到损伤,于是碳纤维增强树脂等材料便成为了更好的选择。
二、碳纤维复合材料在小型无人机上的应用优势
碳纤维一般不单独作为材料使用 ,常被加工成织物、毡、席、带、纸等,或者作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷等材料中,作为碳纤维增强复合材料。对于小型*行器,大面积应用碳纤维材料的部位在机翼机翼既要承受全机的载荷,气动升力和阻力,也要承受拉力,扭力,剪切力等。而小型*行器的重量要求十分苛刻,有限的电池容量、更多的任务载荷等的种种原因,每减轻1g重量,无人机的飞行性能都可能会得到巨大的提升。所以减重便是碳纤维复合材料应用在无人机的结构中的大优势。
碳纤维复合材料在无人机外壳的制作.上有很大的好处:
1、比强度和比刚度大碳纤维复合材料高比强度和高比刚度的特性能够大大减轻无人机的机身质量,降低无人机的载荷成本,对无人机机构的轻质化、小型化和化意义大,以确保无人机拥有更长的飞6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K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。而
碳纤维复合材料在模拟和计算后，不仅可以通过成型工艺进行大面积一体化整体成型,而且还可以引入自动化流水生产工艺，提
高了效率，大大降低生产制造成本,非常适合大规模制造无人机的机身结构。
3、耐腐蚀和耐热性好碳纤维复合材料还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,可满足无人机各种环境条件下长储存寿命的特殊要求,降低使用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体,可在恶劣环境下长期使用，且不会破坏植入的设备性能,能够可靠的执行特殊任务。
基于以上几点，使用碳纤维外壳的无人机拥有很大的优势,所以使用碳纤维复合材料制作无人机外壳是好的选择。
自动铺丝技术是在纤维缠绕和自动铺带技术的基础上发展起来的一种先进复合材料成型技术，对降低碳纤维复合材料构件制造成本，提高生产效率和构件性能方面具有极大的作用。
与一般的碳纤维复合材料成型技术相比，自动铺丝技术可以实现每一根丝束的独立夹紧、切断和重送，甚至是每个丝束都能有各自的铺放速度，并根据构件形状自动切纱以适应边界，减小废料率，并通过局部加厚、加筋、开口铺层补强等方式满足多种设计要求，适应大曲率复杂构件的自动化成型，特别适合带窗口的机身段、机翼大梁及带凹凸面的翼面铺放。
但是国内在该方面的技术起步很晚，南京航空航天大学在“九五”期间才开始调研该项目，后来，哈尔滨工业大学、武汉理工大学、北京航空制造工程研究所等才陆续着手该技术的相关研究。
而国外在该技术方面起步较早，美国在上世纪70年代就开始了自动铺丝技术的研究，经过几十年的发展，该技术在美国和欧洲的航空工业中得到了成熟和广泛的应用，例如波音B787“梦想”飞机在机身、机翼、垂尾、平尾、地板梁、后承压框等部位中大量使用了碳纤维复合材料，其中机身高达23%部分的碳纤维复合材料就是采用自动铺料技术完成的。
目前国内的、复杂曲面的碳纤维复合材料构件基本上仍以手工铺叠为主，自动铺丝技术只在大飞机项目中的部位如碳纤维复合材料翼梁中得到使用，至于自动铺放设备的研制和实际应用基本上还还处于刚起步的阶段，这种状况极大地制约了碳纤维复合材料结构件在航空领域的大规模应用。
以上信息由专业从事碳纤维遥控模型厂家的星河运动于2025/1/6 12:42:25发布
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