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浅谈先进复合材料在军用无人机上的应用动向

发布时间:2017-12-07 09:15:00 文章来源:未来智讯    
    关键词:先进复合材料 军用无人机 挑战
    中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)06(a)-0216-01
    为了适应当今高科技、高强度的高信息化作战以及适应越来越依靠网络中心作战环境要求而衍生出来了新型军用飞机――军用无人机。作为新一代的无人侦探、无人作战的新一代军用机,目前已有三十多个国家对此进行研发,世界上已研制出军用无人机五十多种,有五十多个国家将无人机列入了军用装备中。在无人机的研发研制上,美国走在了世界领先水平上,现已发出了空军与海军的新型验证机。在信息化科技化程度越发普及的今天,有专家断言,无人机将取代早已服役亦或试验成功的第四代战斗机(符合4S标准的超机动性、超音速巡航、隐身能力、高级战役意识和效能的航空器)F-22猛禽、F-35、歼-20、T-50,成为第五代战斗机驰骋于战场。
    1 先进复合材料
    早在波音787梦幻飞机大面积使用复合材料以减轻飞机重量并且使得其创新设计理念得以实现之后,复合材料的使用便在制造业掀起了轩然大波,成为具有跨时代意义的制造业材料革命的代表和先锋。先进复合材料具有比强度比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点[1],在国内外航天航空制造业上得到了广泛的应用。先进复合材料不仅仅是用于降低了飞机的重量,而是把许多功能集成到一个系统中越来越实用的方法。在先进复合材料中,金属基复合材料具有低消耗且容易加工成型的优良性能;陶瓷基复合材料和碳复合材料在耐热上有着强而稳定的性能;先进树脂基复合材料则以具有比强度比模具性高、耐热高、减震性能好、具有较强的防护力等优性特征成为军用飞机制造、民用飞机以及航空航天制造业的普及材料。
    2 先进复合材料在军用无人机上的运用现状
    2.1 国外现状
    早在1990年美国研制第四代战斗机F-22时,其复合材料的用量便达到了25%[2],1995年的RAH-66复合材料用量为51%,1997年俄罗斯S-37采用复合材料用量高达50%,其在减轻飞机重量的同时也大大降低了军用飞机制造的成本。复合材料在飞机制造上的前景一片广阔,西方各国加大了对复合材料的生产和研制,目前,德国蒂森克虏伯集团在德累斯顿开设了一家碳复合材料技术中心,用于设计、模拟和生产碳纤维复合材料零部件。这也是全球航空航天制造业轻量化趋势的发展要求。
    2.2 我国现状
    1985年由官方购进了法国复合型材料制造的“海豚”,并取得了生产专利权,经过专家以及相关科研人员的不懈努力和研究,我国终于拥有了一批可以实现国产化的复合型材料制造的飞机,此后,复合材料在我国航天航空以及军事领域得以广泛运用且及受推崇[3]。2007年在上海组织的军演中,中国自主研发的飞豹战机受到了国际上的高度评价,这是由北京航空制造工程研究历时30年,经过改进,对复合材料进行优化使其性能得到了质的提高[4]。这是对中国科研坚持自主研发艰难的肯定,也是我国战机研发迈向国际化水平的重大标志。在2008年的珠海航展上,我国首次推出了无人机家族:“翔龙”高空高速无人侦探机、“天翼”无人侦察机、“暗剑”无人机。我国无人机一旦研制完成并投入量产,将为我国作战时完成战区侦查、了解战场态势、执行监视任务获取实时情报等提供极其重要的高信息化技术手段,将极大满足我国未来作战的需求。但不得不提出,我国无人机研发起步较晚,目前尚处于初级阶段,近年来虽然增强了树脂基复合材料的应用以取代玻璃钢材料,但由于大多关键起决定性的复合材料还依赖于进口,使得先进复合材料在无人机上的应用受到了限制。历年来国家加大了对军用设施研究的财政投入和技术人员的培训培养,预期中国先进复合材料在无人作战机上的运用将在数年内取得实质性进展。
    3 先进复合材料的运用前景
    (1)无人机结构的复合材料化趋势。鉴于各国对复合材料在无人机应用上的重视,复合材料的采用量已达到35%左右,甚至出现了全复合材料制造的无人机。在军事上无人机的小巧实用使得其量化程度大,所耗费的复合材料也会相对增多,无人机结构开始走向复合材料化趋势。
    (2)设计鉴定规范化与设计制造一体化。设计鉴定与设计制造的标准化、文件化、规范化,能够有效降低风险,降低成本。国外在复合材料应用过程中将试验和分析结合起来,编制了全行业的技术标准,以便于最终产品一致性的改进。
    (3)制造技术的自动化。采用自动铺放技术,实现部分机体构件的机械化和自动化,进而有利于提高生产效率,降低废物率,起到很好的降低制造成本的作用。
    (4)降低制造成本。大力发展复合材料本身就是在追求低成本制造,但由于目前相关制造技术依然不够完善,在其运用和制造中依旧存在着浪费的现象,可采用RTM(树脂转移模塑成型技术)技术尽量将浪费降低到最小。
    4 结语
    现阶段我国在无人机以及航天航空制造业等运用复合材料技术尚处于起步极端,相关技术手段有待于提高,虽然取得了一定的成绩但存在的问题依然很多。想要我国在复合材料未来的领域中独树旗帜,这就需要我们建立和完善相关复合材料生产技术和实际操作研发基地,努力培养大量的专业人才,改变落后传统的思想,加大对其科研的投入和支持;同时要加强与国际间的交流与合作,相信不久的将来,我国一定会在复合材料运用于军用无人机的自主开发研制上取得重大的突破与创新,以完善健全我国未来军用设备设施,保障国家的安全。
    参考文献
    [1] 宋超,李勇,还大军.先进复合材料在无人机上的应用[C]//航空航天科技创新与长三角经济转型发展论坛论文集,2012.
    [2] 陈绍杰.浅谈复合材料与整体成型技术[J].高科技纤维与应用,2005(1):6-9,20.
    [3] 沈军,谢怀勤.先进复合材料在航空航天领域的研发与应用[J].材料科学与工艺,2008(5):737-740.
    [4] 范玉青.现代飞机制造技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001:45-60.
    [5] (美)T.G古托夫斯基,著.先进复合材料制造技术[M].李宏运,等,译.化学工业出版社,2004.
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