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。
碳纤维复合材料的性能不是固定的,而是一个复杂的复合体系。随着制造材料的调整(如碳布的选择、树脂的比例等) , 无人机部件的性能将有很大的变化,以及制造过程的变化(如碳纤维布的铺设角度和数量、成型工艺等) ,进行大量的实验积累,充分发挥无人机一定形状的理想材料性能。
无人机不同部件的受力环境不同。在碳纤维材料的制备过程中,需要对碳纤维排列的厚度和角度进行调整。在不同的性能要求下,需要使用的树脂类型和配件比例是不同的。无人机结构设计和部件内部结构设计需要综合考虑,并通过仪器计算出方案。无人机早用于研究实验和军事领域。这些领域的预算相对较高。然而,随着无人机在民用领域的推广应用,成本控制已成为碳纤维无人机设计的重要因素。虽然碳纤维材料的成本相对较高,但它占总成本的一小部分,大部分成本是通过复杂的制制造工产生的,因此简单且易于实现的结构的设计可以大大降低成本。
无人机的应用领域越来越广泛,对产品的要求也越来越复杂。单一的材料和形状设计将越来越难以满足未来的应用要求。因此,设计人员和材料人员需要不断对无人机的结构适应性设计和材料环境适应性进行研究和开发,使其产品更先进、更有价值。
碳纤维在航空领域的优势：
飞行器的运动速度高,过载大,商用飞机每减重- -公斤 , -年就能节约3000美元的燃料。远程火箭、太空飞船每减重1公斤,就能节约10000元的燃料,减少重量就能够增加有效载荷,降低飞行成本。碳纤维是一种的减重材料 ,其密度仅有1.7g/cm3 ,相比于传统减重材料铝合金,减重效果更加突出。
碳纤维材料的力学性能同样十分突出,对于普通领域, T300碳纤维则能够很好的满足使用要求,而对于高标准部件,则需要应用T700、T800碳纤维。碳纤维是一种非金 属材料,具有的耐腐蚀和抗老化性能,碳材料在各种溶剂中不溶解,在隔绝空气的惰性环境中(常压下)以及高温时也不会熔融。
用碳纤维复合材料制造无人机需要注意哪几点？
注意点一：在使用碳纤维复合材料时，传统的评判标准主要是看比强度和比刚度两方面，对碳纤维材料其它方面的性能往往重视不够。在碳纤维无人机的应用中，碳纤维材料是机体的重要材料，但是并非是全部材料。所以，必须考虑到碳纤维材料与其他材料的融合性以及匹配程度。在关注碳纤维材料部分的抗拉伸强度和抗拉伸模量外，还需要对无人机结构的完整性能进行考量与测评。
注意点二：碳纤维复合材料与金属材料在机理上有着很大的差异性，因此在结构设计上必须从复合材料的性能特征出发，否则采用其替代金属的效果不一定能达到预期。
注意点三：小型无人机的构造体系比较复杂，不同的结构应使用不同的复合材料，例如，薄蒙皮的碳纤维复合材料与中厚蒙皮的碳纤维复合材料之间的性能就有很大的差别，所以应根据小型无人机的整体需求，对不同结构的不同需求进行综合评定，这对碳纤维材料的应用来说至关重要。
以上信息由专业从事碳纤异形件定做的星河运动于2024/5/16 8:13:19发布
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