1 无人机的特性需求分析

用于无人机系统的材料体系需要满足三个基本特征，分别是：轻量化、可靠性和经济适用性，而结合三个基本特征又有各自的需求，如下所示：

1.1 轻量化

高的刚度/重量比（高比刚度）；

增强的飞行耐力；

有效载荷扩展；

航程增加；

轻量化结构与增材制造

1.2 可靠性

安全可靠的空中交通通讯；

材料的可持续性；

极端条件下的操作

1.3 合适的经济性

结构的端到端工具；

生命周期成本；

制造自动化；

更高的生产率；

集成结构

2 先进复合材料在无人机领域应用优势

复合材料具有显著的轻量化效果，碳纤维密度低于2g/cm³，与之相比，铝为2.7g/cm³，钛为4.5g/cm³。对于碳纤维复合材料，增强基体密度通常在1到1.4g/cm³之间，因此最终复合材料的总密度在1.3到1.6g/cm³之间。

先进复合材料尤其是碳纤维复合材料具有优异的高比强度、高比刚度。对于航空航天应用，刚度是非常重要的。对于空气动力学，希望结构保持相对刚性以保持其空气动力学形状，一般而言，钛的比刚度为25，铝的比刚度为26，碳纤维复合材料的比刚度为113。

碳纤维优异的比强度和比刚度（比模量）

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用已有50多年的历史，它们作为军用和商用飞机以及旋翼机的主要结构也已经使用了30多年，因此就可靠性而言碳纤维复合材料适用于无人机系统。

复合材料可以改善无人机系统的电磁特性。由于这些系统是无人操作的，因此需要通过无线或卫星通信与地面站进行高效可靠的通信。复合材料可以调谐以吸收某些电磁频率并通过其他频率。

复合材料具有很强的抗疲劳性能，因此与金属不同，它们不会在反复循环荷载作用下形成裂纹。复合材料结构几十年来一直是军用航空和航天作战的一部分，在极端恶劣的环境和热载荷下表现良好。

综上所述，复合材料在无人机系统中获得大量应用的优势体现在：

可进行复杂的结构设计；

先进的制造方法；

快速固化和非高压灭菌溶液；

注塑、增材制造和气动结构；

优异的强度和寿命；

耐腐蚀、耐冲击、轻质耐温；

可扩展性和灵活性；

模具和压缩成型；

EMF屏蔽、介电涂层等

3 复合材料在无人机中结构应用

复合材料在无人机系统中典型应用如下图所示，目前无人机机翼采用了全碳纤维复合材料结构，而翼尖小翼、机身等结构也采用了碳纤维及其预浸料系统