Беспилотный летательный аппарат (БПЛА), обычно называемый «дрон», представляет собой летательный аппарат, который эксплуатируется без пилота-человека на борту, с использованием дистанционного радиоуправления и бортовых систем программного управления или полностью или периодически автономно с помощью бортовых компьютеров. . Как новый тип летательных аппаратов, дроны отличаются от пилотируемых самолетов с точки зрения эксплуатационных требований и целей миссии. Дроны обычно требуют недорогих, легких конструкций, высокой скрытности, большой продолжительности полета и длительного срока хранения. К беспилотным боевым самолетам также предъявляются требования по высокой маневренности и значительной перегрузочной способности.

Благодаря характеристикам композитных материалов, таким как высокая удельная прочность, высокий удельный модуль упругости, хорошие дизайнерские качества, отличная усталостная прочность, улучшенная скрытность, длительный срок службы и хорошая амортизация, Большинство конструкций дронов изготовлены из композитных материалов. Сюда входят такие компоненты, как фюзеляж, крылья, горизонтальные стабилизаторы, вертикальные стабилизаторы, хвостовые опоры, поверхности управления и шасси.

Применение композитных материалов в конструкциях дронов позволяет снизить вес на 20–30%. В настоящее время отрасль рассматривает количество используемых композитных материалов как один из важных показателей для измерения прогресса дронов, обычно требуя, чтобы оно достигало примерно 60–80%. Однако в США уже есть дроны, достигшие полностью композитной конструкции, с использованием композитных материалов, превышающим 90%.


Применение композиционных материалов в области дронов включает широкое использование углеродных волокон на основе полиакрилонитрила (ПАН) и сотовых материалов Nomex для фюзеляжа дрона, обшивки крыла и передней кромки. Листы и вспененные материалы из углеродного волокна на основе ПАНобычно используются для создания сэндвич-композитов из пенопласта или трубок из углеродного волокна на основе ПАН, которые широко используются в качестве главных балок в дронах. Материалы из кевларового волокна наносятся на пропеллеры, фюзеляжи и соединители для значительного повышения усталостной прочности и ударопрочности.

Для средних и крупных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) основные несущие конструкции изготовлены из металла, тогда как в других компонентах используются композитные материалы. В малых и средних БПЛА используются углеродные волокна, стеклянные волокна и гибридные материалы, тогда как в беспилотных боевых самолетах в основном используются композиты из углеродного волокна и арамидные волокна. В небольших низкоскоростных дронах используются углеродные волокна, арамидные волокна, бумажные соты и деревянные материалы.

Поскольку дронам не нужно учитывать физиологические ограничения людей-операторов при проектировании их конструкции, они могут больше сосредоточиться на оптимизации маневренности, что приводит к выбору материалов, отличающихся от выбора материалов для пилотируемых самолетов. Использование композиционных материалов существенно повышает скрытность планера.

Во-первых, поскольку полимеры непроводящие, они помогают избежать образования полей рассеяния для волн обнаружения. Во-вторых, применение композитных материалов играет решающую роль в эффективном сочетании структурной целостности с функциональностью. Например, использование малозаметных материалов может значительно уменьшить отражение радиолокационных волн планером. Наконец, интеграция композитных материалов способствует общей целостности планера, обеспечивая плавную, унифицированную конструкцию, обеспечивающую скрытность за счет отсутствия швов, креплений и других неровностей, которые могут рассеивать волны обнаружения.

Таким образом, эти конструктивные решения эффективно улучшают маскировку дронов. Статистика показывает, что многие страны мира широко используют в дронах передовые композитные материалы, в основном изготовленные из углеродного волокна, на которые приходится от 60% до 80% общей массы конструкции, что приводит к снижению веса более чем на 25%. В результате все больше и больше несущих конструкций дронов проектируются и производятся с использованием композитных материалов из углеродного волокна, эволюционируя из первоначально ненесущих конструкций.

Разработка композитных конструкций совместного отверждения для дронов направлена ​​на снижение веса, увеличение грузоподъемности и увеличение срока службы. Легкая конструкция из композитных материалов — это современная тенденция в проектировании БПЛА, ориентированная на комплексное проектирование конструкции и производство. По мере увеличения использования композитных материалов сложность конструкций продолжает расти, что делает важным полностью использовать потенциал композитов, значительно снизить вес и упростить сборочные отношения за счет интегрированных структур, что также сокращает производственные процессы.

Обычно конструкции дронов формируются с использованием пластин, балок и ребер, которые затем собираются посредством клеевого соединения при комнатной температуре. Процесс начинается с приклеивания одной стороны плиты к раме, после чего следует приклеивание к другой плите, при этом качество клея невозможно контролировать. Этот проект направлен на изучение и внедрение метода совместного отверждения стеновых панелей и балок за один этап (отверждение при средней температуре), который обеспечивает большую прочность соединения, более высокую надежность, более короткие циклы сборки и значительно снижает затраты, а также снижает затраты. потребность в застежках.

Продвинутая технология совместного отверждения и производства позволяют лучше использовать преимущества композитов, такие как высокая гибкость конструкции, высокая удельная прочность и высокий удельный модуль. Это позволяет сделать конструкцию еще более легкой, достигая таких целей, как снижение общего веса, увеличение грузоподъемности и увеличение срока службы.

Применение композиционных материалов превратилось из ненесущих и вторичных несущих компонентов в компоненты, несущие первичную нагрузку. Тенденции развития движутся к более крупным, более интегрированным и более дешевым решениям. Общая технология формования композитных материалов направлена ​​на достижение легких, эффективных и экономичных решений за счет сокращения количества компонентов и крепежных элементов в сложных и крупных конструкциях. В рамках этой общей технологии формования приоритет отдается технологии формования совместного отверждения, поскольку она позволяет получать легкие композитные компоненты с минимальной деформацией.