目前,復(fù)合材料在無人機(jī)領(lǐng)域已成為主要結(jié)構(gòu)材料,如使用碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、蜂窩夾層復(fù)合材料等。通常,無人機(jī)除機(jī)身的龍骨、梁和隔框、起落架等結(jié)構(gòu)件采用鋁合金外,機(jī)翼、尾翼及各種天線罩、護(hù)板、蒙皮等結(jié)構(gòu)件均大量使用復(fù)合材料。另外,在中小型無人機(jī)上,木質(zhì)材料、輕型塑料、塑料薄膜等非金屬材料也得到大量使用。復(fù)合材料的應(yīng)用對(duì)無人飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、小型化和高性能化已經(jīng)起到了至關(guān)重要的作用。 很多材料商也在開發(fā)更適合無人機(jī)的材料,如聚賽龍,已研發(fā)無人機(jī)專用塑料。
無人機(jī)的機(jī)身材料采用復(fù)合材料
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)一:和傳統(tǒng)金屬材料相比,復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、抗疲勞能力和抗振能力強(qiáng)的特點(diǎn),將它應(yīng)用于無人機(jī)結(jié)構(gòu)中可以減重25% ~30%。樹脂基復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)重量輕、復(fù)雜或大型結(jié)構(gòu)易于成型、設(shè)計(jì)空間大、比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小等諸多優(yōu)點(diǎn)。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)二:復(fù)合材料本身具有可設(shè)計(jì)性,在不改變結(jié)構(gòu)重量的情況下,可根據(jù)飛機(jī)的強(qiáng)度剛度要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);在設(shè)計(jì)制造技術(shù)上滿足了大多數(shù)無人機(jī)在高度翼身融合結(jié)構(gòu)所需的大面積整體成形這一特點(diǎn)。
復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)三:無人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常使用到的是復(fù)合材料的輕質(zhì)、高比強(qiáng)度比模量等特性。主要通過增強(qiáng)材料(碳纖維、玻璃纖維等)良好的力學(xué)性能和基本材料(樹脂)的粘結(jié)作用兩者有機(jī)的結(jié)合而成。
綜上既可以有強(qiáng)度支撐無人機(jī)機(jī)體架構(gòu),又能夠最大程度上擺脫引力不受中立影響的復(fù)合材料,融合了下面三種材質(zhì):
①碳纖維:一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維”外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性。
②玻璃纖維:玻璃纖維是一種性能優(yōu)異的無機(jī)非金屬材料,種類繁多,優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好,機(jī)械強(qiáng)度高,但缺點(diǎn)是性脆,耐磨性較差。
③樹脂:指受熱后有軟化或熔融范圍,軟化時(shí)在外力作用下有流動(dòng)傾向,常溫下是固態(tài)、半固態(tài),有時(shí)也可以是液態(tài)的有機(jī)聚合物。廣義地講,可以作為塑料制品加工原料的任何高分子化合物都稱為樹脂。
碳纖維無人機(jī)外殼
目前無人機(jī)外殼件一般采用工程塑料,但逐漸被碳纖維復(fù)合材料替代。碳纖維復(fù)合材料重量輕、比剛度大、強(qiáng)度高,可以一體制作出各種外形結(jié)構(gòu)。是目前應(yīng)用無人機(jī)外殼最優(yōu)材料,而且不可替代。
無人機(jī)作為一種高科技產(chǎn)物,可以航拍、圖像傳輸、地理勘測(cè)、植保澆灌、測(cè)繪等,如今的使用范圍很廣,在多個(gè)領(lǐng)域都有涉及。它的工作原理和飛機(jī)一樣,質(zhì)輕高強(qiáng)才能更好工作,新興材料碳纖維的優(yōu)異特性,讓它成為制造無人機(jī)的材料。
無人機(jī)的制造材料非常多樣,早期的無人機(jī)制造材料多為鋁合金,還有小部分鈦合金、鋼材等。金屬材料的強(qiáng)度高,但重量重,比強(qiáng)度、比剛度普遍較低,導(dǎo)致無人機(jī)的有效載荷系數(shù)小,并且容易反射雷達(dá)信號(hào)形成二次波段,如果在軍事方面使用的話非常不利。碳纖維材料正好能彌補(bǔ)這些缺點(diǎn),它比強(qiáng)度高、電磁屏蔽效果好,下面山東英特力新材料就給大家講解一下選用碳纖維制造無人機(jī)的理由。
碳纖維材料質(zhì)輕而高強(qiáng),物理化學(xué)性能都非常好,如今的航拍機(jī)、植保機(jī)、模型玩具飛機(jī)等飛行器都偏向于使用這種高新材料,深受人們歡迎。性能方面:和金屬相比,鋁合金的重量算是低的,根據(jù)加入合金元素的不同而不同,密度一般在2.2~2.8g/cm^3左右,抗拉強(qiáng)度在300MPa左右,彈性率及剛性較低。鋁本身是很容易受腐蝕的材料,但鋁合金的抗腐蝕性能很好,它在空氣中能形成一層氧化膜,阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。碳纖維復(fù)合材料的密度只有1.6g/cm^3,強(qiáng)度比鋼材還要高,且抗震、耐高溫、耐低溫、熱膨脹系數(shù)低,和鋁合金相比更勝一籌。
碳纖維管的成型工藝多樣,可以使用纏繞、模壓、拉擠以及熱壓罐成型。和鋁合金材料相比,它一體成型方便,可減少零配件的使用,簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),減輕重量。
碳纖維的價(jià)格要比鋁合金高,不過隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,它的價(jià)格逐漸趨于平民化。而且使用輕質(zhì)的碳纖維材料,能減少無人機(jī)的能源消耗,對(duì)環(huán)境保護(hù)也有重要意義,從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
大多數(shù)金屬的疲勞極限是其抗拉強(qiáng)度的30%~50%,而碳纖維復(fù)合材料的疲勞極限可達(dá)到抗拉強(qiáng)度的70%~80%,在使用過程中減少突發(fā)性事故,安全性高,壽命長(zhǎng)?,F(xiàn)在的無人機(jī)都傾向于使用碳纖維材料。
碳纖維無人機(jī)具體優(yōu)點(diǎn)有:
1、輕質(zhì)高強(qiáng)。重量只有鋼材的四分之一,強(qiáng)度卻超過鋼材四倍之多,材料穩(wěn)定性非常好。
2、抗老化、使用壽命長(zhǎng)。和金屬材料不同的是碳纖維耐腐蝕、防生銹、耐鹽霧等特點(diǎn),可長(zhǎng)時(shí)間使用。
3、安全性好、抗沖擊好、可設(shè)計(jì)性高。碳纖維的高強(qiáng)度可抵抗飛行時(shí)受到的強(qiáng)大阻力,不小心操作失誤,撞擊到其它物品也不用擔(dān)心損壞。
3、外形美觀。黑色的編織紋路十分潮流時(shí)尚,深受到年輕人的喜愛。
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