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。
碳纤维复合材料完全具备植保无人机的材料要求目前是制作的主流材料，在螺旋桨、机臂、外壳等部件上有着大量应用。
碳纤维螺旋桨:螺旋桨是固定翼植保无人机的主要上升推力部件，传统制作材料有强度差、重量高、加工难度大、不耐磨等缺点，制作出来的螺旋桨叶片使用的时候会出现无人机飞行不稳定，续航能力差，易损坏等特点。碳纤维复合材料强度大且轻、耐磨、不生锈制作出来的螺旋桨耐用且精度高。常用植保螺旋桨的制作是使用碳纤维模压二次成型工艺，制作出来的桨叶外观精美、够硬、够轻，制作过程中对产品精度的把控、设计时对平衡性和碰撞性平衡的把控都是技术难点。
植保无人机臂:目前绝大部分植保无人机的机臂是采用的管装结构，这种部件结构性能稳定，承载能力高，使用材料少。植保无人机的要求载荷一般在十公斤以上，这对于机臂的强度要求非常高，碳纤维是目前工业材料当中拉伸强度材料，制作出来的碳纤维管比模量高、耐疲劳、耐腐蚀、韧性好是做出此部件的理想选择。目前碳纤维管的制作工艺已经非常成熟，各类型号在市场当中均能买到，主要供应无人机厂家。
碳纤维无人机壳:无人机上的核心电子部件均需要外壳包裹保护，植保无人机的工作环境会面临化学腐蚀，强风干扰，高负载的情况。碳纤维材料制作出的无人机壳重量很轻且外壳坚固，材料的组成结构稳定，对于酸、碱、盐的防护能力非常强，表面光滑风阻低对于植保无人机的性能提升有着重要作用。
中,战略和战术上需要以少的战斗资源与战斗人员给敌人造成严重的打击,无人机以此为目的应运而生。到了和平的现代,无人机
的用途更多,不仅可用于军事,还能用于航拍、地理勘测、喷洒等,深受人们欢迎。随着时代的进步,对无人机性能的要求也在不断提高,碳纤维复合材料,比起传统的无人机制造材料,性能更加优越。
碳纤维复合材料具有优良的综合性能,它比重小、比强度大、比刚度大、比模量大,、减震,可通过力学设计调节性能,可通过选择合适的纤维基体和合理的铺层形式制成满足使用要求的构件。常见的金属材料钢材, 密度为7.8g/cm^3 ,抗拉强度600MPa ,碳纤维复合材料的密度仅为1.6g/cm^3 ,抗拉强度1500MPa ,比钢材优越许多。
在实际使用中,无人机将承受很大的力,不仅需要承受与地面接触时产生的静、动载荷,还要吸收和消耗在运动时与地面相对运动所产生的能量，尤其在着陆过程中,会与地面产生不同程度的冲击,对结构有一定的破坏作用。 使用碳纤维复合材料,能设计出强度高、坚固、量轻、寿命长、可靠安全的无人机。
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来图加工碳纤维遥控模型的星河运动于2024/4/29 8:28:03发布
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