无人机结构复合材料应用进展

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1、技术前沿TECHNOLOGYFRONT无人机结构复合材料应用进展ApplicationProgressofCompositesforUAV中航工业北京航空制造工程研究所　　程文礼　邱启艳沈阳飞机工业（集团）有限公司　　赵　彬　　　　先进树脂基复合材料在国外无人机上得到了广泛应用，国内先进树脂基复合材料在大型无人机上的应用才刚刚开始，与国外先进技术相比还存在不小差距，为满足未来无人机的高空、长航时、功能性、经济性等各种高性能需求，积极地开展复合材料在无人机上各种关键技术的研究和应用，包括原材料的开发、结构设计

2、、整体成型、低成本制造等技术，将促进我国无人机行业的快速发展。程文礼90%机体表面由碳纤维复合材料覆一。其航程为22236km，续航时间达工程师，2007年毕业于北京航空航天大学材料科学与工程学院，获工学盖；X-37无人空天飞机机体结构采到35h，最大飞行速度为650km/h，硕士学位，毕业至今一直在中航工业北用双马来酰亚胺预浸料制造。此外实用升限19.8km，整机起飞重量京航空制造工程研究所从事飞机复合材如以色列的“先锋”和“搜索者”、美12110kg，它代表了目前高空长航时料制造与研究工作。国的“鹰眼”

3、、英国的“不死鸟”和南无人机发展的水平和趋势，由Vought非的“秃鹫”等许多著名的无人机均飞机工业公司生产。除机身主结构复合材料具有比强度和比刚度为全复合材料飞机，且多数以碳纤维为铝合金外，其余均为复合材料制高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和复合材料为主并混杂玻纤和芳纶等成，机翼、尾翼、发动机短舱、后机身抗振能力强以及可设计性强、易于复合材料。混杂复合材料在无人机采用碳纤维复合材料制造，雷达罩、整体成型等特点，将它应用于无人上的应用是其特色之一，有利于降低整流罩采用玻璃纤维复合材料制[1][2]机结构可以减重

4、20％~30％。国成本。造，复合材料的用量约为结构总重外无人机UAV（UnmannedAerial的65%，如图1所示。其中复合材料Vehicles），包括无人作战飞机UCAV几种典型无人机机翼翼展长达35.4m，长于波音737（UninhabitedCombatAerialVehicles）复合材料应用的机翼，为满足弯曲刚度的要求，诺均无一例外地大量采用复合材料。1　高空长航时无人机复合材料应用斯罗普·格鲁曼公司选用4梁式承如“捕食者”除机身大梁外全机由复高空长航时无人机典型代表是扭盒结构，4根“工”形梁

5、由Cytec公合材料制成；“暗星”全机采用复合诺斯罗普·格鲁曼公司为美国空军司提供的高模碳纤维织物/环氧预材料外加吸波涂层，满足其高隐身研制的RQ-4“全球鹰”，这也是美国浸料制造。蒙皮为复合材料层压板性能的要求；X-47B无人作战飞机空军乃至全世界最先进的无人机之结构，自身可以承载弯曲载荷，由单2012年第18期·航空制造技术93技术前沿TECHNOLOGYFRONT身中心对接，两端各一个翼尖组合件（RQ-4机翼为3部分组成：一个15m长横跨机身的翼盒，两个10m长的外翼和翼尖组合件），两个复合材料结构在

6、机身中线对接可以提高[3]气动效率。另外，在翼尖部分的制造采用了RadiusEngineering公司开发的SQRTM（SameQualifiedResinTransferMolding）技术。新设计的翼尖包含3个主要部分：一个承扭盒，一个内翼肋（用于连接翼尖和主翼），还有一个翼尖帽型件（Tip-capCloseout）。每个承扭盒均包含6根层压复合材料桁条，机翼前后缘和外[3]图1　RQ-4“全球鹰”结构示意图翼肋组成一个整体结构。而原始的设计是每个承扭盒由两根蜂窝夹层向带预浸料制造，翼展方向铺层占公司的

7、五轴数控机床加工，梁和蒙皮结构桁条和多根翼肋组成，制造成本50%，其余铺层占50%，用于提供扭分别固化后采用Hysol室温胶粘剂增加。利用SQRTM技术仅用3个转刚度，翼内则为整体油箱，前后缘进行二次胶接，减少了紧固件用量并模具就能完成左、右翼尖所有零部件均为蜂窝夹层结构，采用Hexcel公防止渗透，整个机翼分成3段，彼此的制备。其中，左承扭盒通过第1个[3-4]司提供的Nomex蜂窝芯制造。所之间采用机械连接。模具制备，右承扭盒通过第2个模有机翼复合材料在铝模具上铺叠，改进型“全球鹰”RQ-4B机翼增具，

8、而其余部件则通过第3个模具121℃热压罐固化成型，生产过程中至39.9m，重约1814kg，是Vought达制备，它们包括左、右内侧翼肋，左、采用FiberSIM软件进行铺层模式的拉斯工厂交付的最长机翼，如图2所右翼边帽型件以及帽型件底部用于设计，用GerberTechnology公司的自示，其结构形式与RQ-4基本相同，覆盖检查孔的盖板。所有部件均采动下料机进行预浸料的裁剪，并利用但组合方式不同，并在一些区域增