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目前，無人駕駛飛機在未來的航空業(yè)，特別是在軍事領(lǐng)域中有越來越重要的作用。然而，由于無人駕駛飛機往往比傳統(tǒng)的飛機更小并具有有限的燃油容量，其飛行時間往往顯著低于載人飛機。當考慮到飛機的有效載荷時，該問題變得更加嚴重，載荷的范圍可以從一組地獄火導(dǎo)彈到民用小型相機。為了改善這種情況，飛機重量的減少是至關(guān)重要的，使用傳統(tǒng)航空航天材料如鋁6061-T6在無人機的建設(shè)上不是一個可行的設(shè)計方案。因此，復(fù)合材料在無人機的設(shè)計和制造中起著核心的作用。
復(fù)合材料
復(fù)合材料是由兩種材料(基底或粘結(jié)劑和增強劑)或更多的具有不同物理或化學(xué)性質(zhì)的成分組成。當這些材料相結(jié)合，新材料與各個組成部分具有不同的特點。
通常由纖維承擔(dān)負載(70-90%的負荷)，然后剛度和形狀是由基底提供，其可以將負荷轉(zhuǎn)移到纖維上并且通過將纖維隔開使得各個元素可以單獨行動，停止或減緩裂紋的擴展。
然而，在處理復(fù)合材料時需要考慮的最重要的特性之一是它們的機械 性能，如強度，通常取決于所施加負載的方向。這些材料已經(jīng)以混凝土和泥磚的形式應(yīng)用了幾千年，以及木材和骨頭等天然復(fù)合材料。
航空工業(yè)復(fù)合材料的歷史
復(fù)合材料對于航空航天工業(yè)并不陌生，早在上世紀40年代，玻璃纖維增強復(fù)合材料(GFRP)就已經(jīng)開始以自己的方式進入航海工業(yè)。1944年第一架復(fù)合材料機身的飛機在美國起飛，一架實驗性修改的VulteeBT-15。
在1960年初，復(fù)合材料以pre-pegs的形式使用，其是由一系列預(yù)浸漬環(huán)氧樹脂的纖維增強塑料(FRP)組成。樣品可以在AV-8BHarrier的翅膀和機身前部、A-320的尾部以及其他軍用飛機中看到，如歐洲戰(zhàn)斗機2000。
近日，空客公司將復(fù)合材料的使用從iconicA380的25%增加到新A350XWB的53%。波音公司也這樣做：777結(jié)構(gòu)的12%是由復(fù)合材料制成的，并且現(xiàn)在他們的最新飛機787是由50%的復(fù)合材料構(gòu)成。這減少了787飛機20%的重量，并減少了預(yù)定的、非常規(guī)的保養(yǎng)，由于減少了腐蝕和疲勞的風(fēng)險。
采用復(fù)合材料設(shè)計UVAs
這種復(fù)合材料的使用在無人機行業(yè)中得到了體現(xiàn)。2009年，一個對復(fù)合材料領(lǐng)域200個模型的調(diào)查發(fā)現(xiàn)所有的模型均具有復(fù)合材料部件并且很多實例報道了碳纖維在機身構(gòu)建中的使用。
然而，對有效負載荷能力和無人駕駛性能要求的增加，使得工業(yè)上開發(fā)出另一種無人機結(jié)構(gòu)建設(shè)的復(fù)合材料：碳纖維增強聚合物(CFRP)，這是現(xiàn)在無人機機身建設(shè)使用的原材料。
在一般情況下，碳纖維復(fù)合材料使用熱固性樹脂，其在加熱時發(fā)生固化時，作為基本的結(jié)構(gòu)組成與碳纖維結(jié)合。這使得材料的重量比玻璃鋼復(fù)合材料更輕、強度更大，即使與金屬相比。
例如，鋼結(jié)構(gòu)的重量約為同等強度的碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的5倍以上。然而，他們的高成本(比玻璃纖維貴5至25倍)已經(jīng)抑制了這種材料在工業(yè)上的使用。此外，該材料具有導(dǎo)電性，使其不適于特定應(yīng)用。
芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料已用于螺旋槳結(jié)構(gòu)，因為它比碳纖維更輕?？紤]到無人機的幾種設(shè)計由4個或更多的螺旋槳組成，這種材料的應(yīng)用的具有相當大的優(yōu)勢。螺旋槳的慣性減小，從而降低了振動，有助于使無人機在飛行過程中更加穩(wěn)定。
