現(xiàn)代戰(zhàn)爭已是坦克、大炮、飛機(jī)、軍艦多兵種之間有機(jī)配合,空地海天電一體的立體戰(zhàn)爭。其技術(shù)之先進(jìn)、殺傷力之強(qiáng)和危險性之大,都是前所未有的。而無人機(jī)以其體積小、重量輕、機(jī)動性好、飛行時間長和便于隱蔽為特點,尤其是因其無人駕駛,特別適合于執(zhí)行危險性大的任務(wù),故在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中正發(fā)揮著越來越大的作用。
作為一種新型航空作戰(zhàn)武器,從集體平臺技術(shù)觀點看,其具有下列共同的技術(shù)特點和要求:低成本、輕結(jié)構(gòu)、高隱身、長航時、低使用壽命、長儲存壽命。上述這些特點和要求給無人機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),也給復(fù)合材料的應(yīng)用帶來了獨(dú)特的需求和良好的發(fā)展機(jī)遇。
減重是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計永恒的主題。對于無人機(jī)來說,只有將結(jié)構(gòu)數(shù)量系數(shù)控制在30%以下才能騰出重量空間讓給燃油、有效載荷、補(bǔ)償隱身等帶來的增重,滿足輕結(jié)構(gòu)、長航時等要求。為減重,在無人機(jī)上必將大量使用復(fù)合材料,特別是先進(jìn)復(fù)合材料。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)以及可設(shè)計性強(qiáng)、易于整體成型等特點,將它應(yīng)用于無人機(jī)結(jié)構(gòu)可以減重20%~30%。
據(jù)統(tǒng)計,目前世界上各種先進(jìn)的無人機(jī)復(fù)合材料的用量一般占機(jī)體總重的60%~80%。如“捕食者”除機(jī)身大梁外全機(jī)由復(fù)合材料制成;“暗星”全機(jī)采用復(fù)合材料外加吸波涂層,滿足其高隱身性能的要求;X-47B無人作戰(zhàn)飛機(jī) 90%機(jī)體表面由碳纖維復(fù)合材料覆蓋;X-37無人空天飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)采用雙馬來酰亞胺預(yù)浸料制造。
小型無人機(jī)采用泡沫夾層結(jié)構(gòu)等新式構(gòu)型,泡沫夾層結(jié)構(gòu)重量輕、具有較大的彎曲剛度和強(qiáng)度。泡沫夾層結(jié)構(gòu)是承載效率較高的結(jié)構(gòu)形式,對于小型無人機(jī),不僅一般結(jié)構(gòu)可以采用,主要承載結(jié)構(gòu)也可采用。思瑞安AIREX?泡沫制品是全球優(yōu)質(zhì)的夾芯材料,這種產(chǎn)品含50%-96%的空氣,這不僅可以減少原材料的消耗,而且可以減輕重量和降低成本。將其用作芯材置于玻璃鋼結(jié)構(gòu)之間,可以實現(xiàn)夾層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)跟傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比重量可以降低50%以上。
無人機(jī)用復(fù)合材料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)制定無人機(jī)不需要考慮人的生理承受能力,為充分發(fā)揮復(fù)合材料的性能優(yōu)勢,可以設(shè)計比有人機(jī)更低的安全系數(shù),為了達(dá)到更高的靈活機(jī)動性能,無人機(jī)可以設(shè)計較大的過載荷系數(shù),達(dá)到15~20g 。
此外,無人機(jī)由于經(jīng)常出現(xiàn)在敵方的防空和雷達(dá)監(jiān)測的空域中,對隱身設(shè)計提出了更高的要求。現(xiàn)代隱身技術(shù)主要有材料隱身、涂層隱身、等離子體隱身、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計隱身等手段,毫無疑問,復(fù)合材料為隱身技術(shù)提供了更良好的制造條件。
低成本、高效費(fèi)比是無人機(jī)的顯著特點。采用整體化成形技術(shù)對于減少復(fù)合材料部件結(jié)構(gòu)數(shù)量、降低使用和維護(hù)費(fèi)用、節(jié)約成本、提高效率具有重要的作用。近年來,工程上,已經(jīng)能夠用RTM 和RFI 成型工藝方法制造復(fù)合材料構(gòu)件,但是國內(nèi)尚沒有將這種成型工藝方法制造復(fù)合材料構(gòu)件批量應(yīng)用到具體型號上。
無人機(jī)應(yīng)用是在人飛上藍(lán)天后,又一個重大的科技進(jìn)步,無論如何,積極地開展復(fù)合材料在無人機(jī)上各種關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用,必將使無人機(jī)各項性能指標(biāo)邁上一個新的臺階。
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