碳纤维三明治夹心结构在小型无人机上的应用

  微小型无人飞行器通常具有以下特点:重量轻,载荷较小,飞行高度低, 速度慢,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,主流的微小型飞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,或者是采用碳纤维复合材料等材质发泡成型;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,但是极易在外力作用下形变,抗毁伤能力不强,也就造成了使用寿命有限。于是,碳纤维增强树脂等材料便成为了更好的选择。《产品浏览:碳纤维无人机(图)》

  对于大型飞机而言,其机身主要采用薄壳结构,机翼以翼肋复合蒙皮。在小型无人机上使用该结构,显然成本较为高昂,工艺也较复杂。有一种加工简便成本较低的结构,便是三明治夹心结构:即在重量相对较轻,而相对较厚的芯材两侧,贴附薄而坚固且有一定刚度的面板。三明治夹心结构有着典型的轻重量,高刚性和高强度的特征。当该结构承受弯曲载荷时,其工作原理某种意义上来说类似于工字钢:工字钢翼板(正如三明治夹芯结构的面板)承载平面压缩和拉伸荷载,而工字钢腹板承受剪切载荷(正如结构三明治夹芯结构的芯材)。像使用传统的工字钢一样,当上下面板之间的距离被进一步分开,结构就能获得更大比例的刚性。

  三明治夹芯结构在具有在保持力学性能的同时显著减轻重量的能力。因此,在三明治夹芯复合材料的应用变得越来越广泛。以碳纤维增强树脂作为蒙皮,芯材使用XPS、EPP、PMI等的具有一定硬度和抗压能力的轻质泡沫塑料,通过一定的工艺,使之形成碳纤维织物-芯材-碳纤维织物的复合夹心结构。

  随看复合材料在航空、航大领域应用的越来越厂之,小型无人机上也越来越多的采用碳纤维复合材料。碳纤维织物是碳纤维重要的应用形式之一,小型无人机的复合材料选择上,以小丝束,重量轻的纤维织物最佳。此外,三明治夹芯复合材料在保持力学性能的同时显著减轻重量的能力,并且造价相对较低,工艺也不太复杂,因而也比较适合应用在小型无人机上。