無人機自誕生以來,減輕重量即成為世界各國無人機科技工作者們共同關注的研究熱點之一。只有將機體結構質量降下來。才能節約出更多的質量空間來增加燃油和有效載荷,延長飛行距離和續航時間。

在解決減輕質量難題的過程中,碳纖維復合材料被廣泛應用于大型民用客機和無人機之中。相較于傳統的金屬材料及復合材料,碳纖維復合材料具有輕質高強、抗疲勞和防鹽霧侵蝕的特性,能夠顯著改善和提高無人機的綜合性能。據統計,目前世界各國都在無人機上大幅度使用以碳纖維復合材料為主的先進復合材料,占到了結構總質量的60%~80%,使機體減質量超過25%。可以說,碳纖維復合材料的應用對無人機結構的輕質化、小型化和高性能化起到了至關重要的作用。
碳纖維復合材料在無人機上的應用有以下幾個優勢:
比強度和比剛度大:相比于其他復合材料,碳纖維復合材料具有高比強度和高比剛度的特性,能夠在滿足無人機機體相同強度和剛度的前提下,顯著減輕結構重量,實現無人機的輕質化、小型化和高性能化,從而擁有更長的飛行距離和飛行時間。
可整體一體化成型:無人機往往需要具有高度翼身融合的飛翼式總體氣動外形,需要在結構上采用大面積整體一體化成型技術。碳纖維復合材料經過模擬和仿真計算后,可以通過模壓成型、熱壓罐外固化成型或RTM樹脂傳遞模塑成型等工藝進行大面積一體化整體成型。
耐腐蝕和耐熱性好:碳纖維復合材料具有優異的耐腐蝕和耐熱性能,能夠耐受自然界中的水和多種介質的腐蝕以及熱膨脹的影響,滿足無人機在各種環境條件下長期儲存的特殊要求,降低使用和維護的壽命周期成本。
可植入芯片或合金導體:碳纖維復合材料還可以植入芯片或合金導體,形成具有智能的結構整體,可在惡劣環境下長期使用。植入的設備不會破壞其性能,能夠可靠地執行特殊任務。
由于碳纖維復合材料在無人機上的應用優勢,近年來,國內外許多先進無人機都采用了碳纖維復合材料。例如美國的“全球鷹”無人偵察機、X-45系列無人戰斗機、“太陽神(Helios)”無人機,以及中國的“雷鳥”碳纖維無人機等。