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将碳纤维应用于军用无人机中的关键技术

2019-07-24 07:03 性质:转载 作者:碳纤维工匠 来源:搜狐
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为了适应当下高强度、高科技和高信息化作战,以及越来越依靠网络中心作战环境要求而衍生出的新型军用飞机—军用无人机。作为新一代的无人侦探、无...

  为了适应当下高强度、高科技和高信息化作战,以及越来越依靠网络中心作战环境要求而衍生出的新型军用飞机—军用无人机。作为新一代的无人侦探、无人作战的新一代军用机,目前已有几十个国家对此进行研发,并且有五十多个国家将军用无人机列入了军用装备中。

  碳纤维复合材料具有轻质高强、比模量高、抗疲劳性好、可设计性强等诸多优点,在航天制造业得到了广泛应用,同时,也逐渐开始尝试将碳纤维复合材料应用于军用无人机中。但军用无人机是工作环境是瞬息多变的战场,需要执行复杂的战略、战术任务,这也对碳纤维复合材料提出了更加严苛的要求。为此,可以从以下几个方面来进行突破。

  1、一体化成型集成技术

  在军用无人机的设计中要综合考虑外形构造、机械强度、气动特性、安全性能等多方面之间的交叉耦合关系,从而在的设计、制造、测试、使用和维护等诸多方面需要开展多个层次上的一体化集成结构设计,以便保证无人机不仅具有良好的空气动力学性能,而且还具有稳定的电磁兼容性和较高的雷达隐身特性。

  碳纤维复合材料在军用无人机上的使用,一方面为结构设计一体化的实现提供了更加广阔的操作空间,这是因为基于数字化和自动化技术,可以对碳纤维复合材料进行气动弹性剪裁设计和大面积整体化成型;另一方面,碳纤维和其他基体材质可以进一步复合成结构/阻尼、结构/隐身、结构/防热等结构/功能一体化碳纤维复合材料,并且还可在碳纤维复合材料的内部嵌人智能材料,提高无人机的自诊断、自适应和自修复的能力。

  2、损伤容限失效评估技术

  相比于有人机,军用无人机尽管不需要考虑人的生理承受能力,可以设计较低的安全系数(1—1.5),并且还可以设计较大的过载荷系数(15—20g),但是对于以碳纤维复合材料为主体结构的无人机,尤其是大面积整体化碳纤维的使用,往往容易发生由微观损伤演变成宏观失效,并且由于成型工艺的不稳定性,加大了碳纤维的质量控制难度。

  因此建立碳纤维的损伤容限失效评估模式,确定碳纤维的疲劳寿命和无人机的使用寿命,积累相关的性能数据和使用经验,以及制订新的计算准则和设计规范,将对军用无人机的结构设计、生产制造、试飞验证等诸多方面具有积极的指导。

  3、低成本技术

  无人机相对于有人机的一大技术优势就是制造成本低,因此从军用无人机的结构设计和制造生产出发,大力发展低成本材料技术、低成本设计技术以及尤为重要的低成本制造技术,将会显著地扩大碳纤维在无人机上的应用范围。

  目前,国内外众多无人机厂家已经普遍地将关注点由碳纤维的性能转入到低成本制造技术,由此也开发出自动带料铺层、自动纤维缠绕、树脂传递模塑(RTM)、预浸料技术、电子束固化等低成本制造技术。挪恩复合材料也积极优化加工工艺,降低碳纤维使用成本,以挪恩复材为国内某无人机厂商定制的碳纤维外壳为例,不仅在轻量化方面满足需求,而且成本方面也相较早期同类型产品低约10%。

  碳纤维自身优良特性和良好的结构设计性,为军用无人机的发展提供了新的解决思路,也是目前最好的解决方案之一,因此碳纤维复合材料在军用无人机方面的应用前景必将十分广阔,同时这也将从根本上对军用无人机的生产制造和结构设计产生巨大冲击。

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