中国粉体网讯 在1000米内的低空空域，能做什么？早高峰打个“飞的”，无人机穿行送快递？天空更加繁忙的日子或许就要来临。
无人机技术自诞生以来，轻量化一直是该研发领域追求的目标，碳纤维复合材料与传统金属材料相比，具有质量轻、强度高、耐疲劳等优点，因此碳纤维复合材料在无人机上的应用成为无人机领域主要的研究方向。碳纤维复合材料应用于无人机结构件的制造，能极大地改善和提高无人机的性能。近年来，世界各国在无人机制造中大量使用碳纤维复合材料，使用量占其结构总量的60%～80%，可使机体减重25%以上。
图片来源 吉林化纤
1.碳纤维复合材料性能
碳纤维复合材料是以碳纤维作为增强体，与树脂、陶瓷、金属或其他基体材料复合而成的高新材料，根据基体的不同，碳纤维复合材料可分为5种类型。其中，碳纤维树脂基复合材料比刚度、比强度相当高，因此占据了碳纤维复合材料市场近90%的份额。
碳纤维复合材料的类型及特点
力学性能
碳纤维具有较高的强度和刚度，基体能通过碳纤维与基体间的界面传递应力，因此碳纤维复合材料的力学性能与其他材料相比有明显的优势，其力学性能指标包括拉伸强度、剪切强度和弯曲强度等。 碳纤维复合材料的拉伸强度高于传统的金属材料，通常在1000～3000 MPa。碳纤维复合材料的比强度和比刚量很高，这与碳纤维的原丝类型和纤维在基体中的排列方式有关，其拉伸破坏方式属于脆 性破坏。碳纤维复合材料剪切强度可达110MPa，同时具有层间剪切强度，能抵抗材料分层的能力，这是金属材料不具备的性能。
热烧灼性能
碳纤维复合材料进行热烧灼时，其阻燃性是非金属材料中等级最高的，达到FV0；同时，发烟量级别为ZA1（准安全一级），说明其烟气无毒。碳纤维复合材料优良的热烧灼性能使其在高温环境下也能保持稳定的化学性能和机械性能，不会产生过多的烟雾和有毒物质，可应用于一些高要求的场景中。
热物理性能
碳纤维复合材料的热膨胀系数通常高于无机非金属材料，但低于普通金属材料。碳纤维复合材料的比热容高，能储存大量的热能，在高温下温升较小，有利于维持其力学性能；此外，其导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。在实际应用中，为充分发挥碳纤维复合材料的优势，可通过优化和改进其性能，提高材料的可靠性，以满足不同应用场景的需求。
2.碳纤维复合材料在低空无人机上的应用现状
可以说，以碳纤维复合材料为核心的无人机结构设计、制造技术成为无人机发展的关键性技术。在机身制造上，由于其轻质的优点可以显著降低无人机的重量，提升有效载荷，延长续航时长。此外，碳纤维复合材料还可用于制造无人机的旋翼、舵面、电池箱以及机载设备支撑架等部件，充分展现其高比刚度与比强度的优势。
碳纤维复合材料应用于机身制造
通常情况下，碳纤维复合材料相较于传统金属材料，可减轻约25%-30%的重量。以某无人机厂商定制的碳纤维无人机部件为例，据厂商反馈，采用碳纤维材料的无人机整体重量明显减轻。这一优势不仅使无人机在携带相同设备和能源时能飞行更远距离，还能延长滞空时间。例如国内碳纤维制品商智上新材为一款大型电动无人飞行器定制的碳纤维复合材料固定翼，该款电动无人机设计航程为 280KM，设计续航时间90分钟，碳纤维复合材料的翼体设计使其兼具垂直起降和滑行起降模式，通过降低翼体部分的重量减少能耗，满足长航距、长航时的飞行需求。
碳纤维复合材料应用于机体多部件提升综合性能
比强度越高的材料，其在保证同等强度的情况下，可以更加轻便，比刚度越高的材料能够在相同的负载下较小的变形，相比于其它复合材料，在满足无人机机体相同强度和刚度的前提下，碳纤维复合材料高比强度和高比刚度的特性能够大大减轻无人机的机身质量，降低无人机的载荷成本，对无人机结构的轻质化、小型化和高性能化意义重大，以确保无人机拥有更长的飞行距离和飞行时间。
无人机使用材料的比强度和比刚度
碳纤维复合材料应用于制造无人机的旋翼、舵面、电池箱、机载设备支撑架等部件。在这些部件中，充分发挥其高比强度和比刚量的优势，在保证部件性能的同时，进一步降低无人机的整体重量，提高其综合性能。例如大疆Matrice 600 Pro的旋翼采用碳纤维复合材料，显著提升了飞行稳定性和抗风能力，适用于专业航拍和工业巡检。恒神股份开发了碳纤维复合材料无人机多墙式机翼，通过一体成型技术实现轻量化和低成本制造，适用于高性能无人机的舵面设计。光威复材的碳纤维预浸料已应用于多种无人机舵面，提升了舵面的强度和耐久性等。
来源：光威复材
结语
碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、刚度高、耐疲劳、热膨胀系数小等优异性能，碳纤维复合材料适合大规模应用于无人机的结构制造，使无人机在保持高性能的同时，实现轻量化、小型化和高稳定性，同时能提高其耐久性，降低生产成本。采用碳纤维复合材料的无人机可在恶劣环境下长期使用，并且能够执行特殊任务。碳纤维复合材料在提高无人机性能、延长使用寿命及降低成本等方面有突出的优势，其重要价值已经得到广泛的验证。
参考来源：
陈绍杰. 无人机上复合材料的应用与研究
孔 娜，王增加，王希杰. 无人机超轻碳纤维复合材料结构件成型技术研究
闫丽君. 无人机用碳纤维复合材料的性能及应用现状
(中国粉体网编辑整理/月明)
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