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。
碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，是由有机纤维和塑料树脂结合在一起炭化制得，具有比模量高、比强度大、耐腐蚀、耐酸碱、耐盐雾轻质高强，被称为 “新材料”。上世纪，碳纤维作为军民两用材料属于技术密集型和政治敏感性的关键材料，在民用领域应用还比较单一。随着现代社会科学技术的发展，碳纤维在民用领域尤其是无人机行业应用显著。
碳纤维无人机设计
无人机的应用源于军事领域，当时多为你军事训练靶机。现代社会，随着科学技术的发展，无人机的应用领域向多方拓展，除了传统的军事用途外，还广泛应用于民用领域。如植保机、教练机、数据测绘、高空监控、环境保护、灾后救援等
减重是无人机设计时首要考虑的问题。首先无人机的设计重量要尽可能的轻，以满足长时间续航的需要，现代社会无人机普遍续航之际过短。采用新材高强度的替代材料的呼声越来越高，作为新型材料的碳纤维则具有更大应用优势，越多越多的无人机外壳、机架采用碳纤维材料。
成本降低是需要考虑的基础性问题。众所周知碳纤维以轻质高强著称，但其价格也比普通材料的成本要贵很多。但随着现代科学技术的发展，碳纤维材料的制作成本、人工成本等逐年降低，相信随着国家十三五规划对新材料产业的关注，其成本必然会快速降低，其在无人机领域的应用优势将会更加显著。
碳纤维材料广为人知的优点就是质轻高强,碳纤维材料的密度仅有1.7g/cm3 ,不到钢的1/4 ,但是其抗拉强度能够达到3000MPa以上,是钢的数倍,比强度和比模综合指标要优于现在结构材料,在实现轻量化的同时还能够有效满足使用强度所需。并且,碳纤维属于-种各向异性材料,沿纤维轴和垂直纤维轴方向的强度不同,利用这一特性,可以将碳纤维进行合理的铺层设计,尽可能发挥出优势。
通常无机和有机材料的导热性较差,但是碳纤维的导热性能接近于钢铁,可以应用太阳能集热器材料、传热均匀的导热壳体材料。碳纤维材料的工作温度高,使用安全,其热膨胀系数小，基本上不会随工作温度的变化发生变形,保证尺寸的稳定性。碳纤维是一种非金属材料 ,对一般的、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性能,适应多种工作环境,延长碳纤维制品的使用寿命。
航空飞机的碳纤维时代 铝合金和钛合金并没有过时，只是想要进一步降低飞机的自重，就需要在保持主体稳固的基础上，对一些部位进行瘦身。而复合材料的出现让航天人看到了希望。从玻璃纤维复合材料，再到现在火热的碳纤维复合材料，它们的出现，可能让减少飞机自重的20%-50%。通过大量的实验证明，碳纤维复合材料具备这样的能力。 航空飞机的未来与重量息息相关 早在赖特兄弟致力于克服力量和控制问题时，他们担忧就在于结构完整性。木材和帆布只能承受很大的压力。如今，航空航天业对其复合材料的强度充满信心。他们现在的重点是尺寸和重量。波音787机队的皇冠上的明珠只是约50％的复合材料。如果不是复合材料的话，那架飞机将永远不会离地。它太大了。正是碳纤维和玻璃纤维等材料使波音和空中客车等公司能够制造出更大的商用飞机，并将其保持在空中。 我们可以预见，在未来的几十年，碳纤维复合材料将会在航空航天领域发挥出巨大的经济价值，将航天飞机的发展史推上一段新的高度。
以上信息由专业从事碳纤异形件厂的星河运动于2024/5/1 6:55:59发布
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