无人机复合材料结构设计与制造技术全套教学课件.pptxVIP

无人机复合材料结构设计与制造（1·无人机结构材料概论）无人机的定义无人机就是无人驾驶飞行器，在无人机系统中 全称无人机飞行平台，简称无人机。它是指机上不 搭载操作人员（飞行员）的一种动力航空飞行器， 采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够携带 有效载荷进行全自动飞行或无线引导飞行；既能一 次性使用，也能进行回收或自动着陆，以便进行多 次重复使用。无人机结构的定义所谓“结构”指的是受力系统，是指能承受和传 递载荷，并能保持足够强度和刚度的零、部件总称。无人机结构是能够承受和传递载荷的受力系统， 外载荷在结构中以内力的形式的传递，并最终实现 相互平衡。它是构成无人机系统的基础，其主要功 能是承受和传递作用在它上面的各种载荷，维持一 定的外部和内部形状，以满足无人机空气动力学、 动力装置安装、结构静强度和疲劳强度、结构动力 学、气动弹性力学、任务装载、飞行控制、生产工 艺、使用维护和安全等各方面的要求，固定翼无人机的总体结构固定翼无人机的总体外形和基本结构与有人驾 驶航空飞行器中的固定翼飞机（简称飞机）相同。 固定翼无人机总体结构主要由机翼、机身、尾翼、 起落装置和动力装置五个主要部分组成。旋翼无人机的总体结构旋翼无人机的总体结构与有人驾驶航空飞行器 中的旋翼飞行器（简称直升机）相同。其中单旋翼 无人机由旋翼系统、机体结构、尾桨、起落装置和 动力装置等五个主要部分组成，旋翼无人机人的类型旋翼无人机旋翼由发动机驱动在空气中旋转， 给周围空气以扭矩，因而空气必定以大小相等、方 向相反的扭矩作用于旋翼，继而传递到机体上。为 了消除这个反扭矩作用以保持旋翼无人机机体的航 向，出现了不同总体结构布局的旋翼无人机。航空结构材料的发展历程材料是航空飞行器赖以存在和发展的物质基础，航空飞 行器的发展历程是以材料性能的进步和提高为主要标志的， “一代材料，一代飞行器” 是航空工业发展的生动写照。1、第一阶段。木布时代（1903年—1918年），木制骨 架，布蒙皮。2、第二阶段。金属时代（1919年世—2004年）（1）铝、钢时期（从1920年到1949年）（2）铝、钢、钛时期（从1950年到1969年）（3）过渡时期（从1970年到2004年）3、第三阶段。复合材料时代（从2004年至今）复合材料无人机：结构采用复合材料重量占全机 结构总重量的百分比达到51%以上。全复合材料无人机：结构采用复合材料重量占全 机结构总重量的百分比达到95%以上。美国军机结构材料比例的变化（%）机种设计年代复合材料钛合金铝合金钢F-1419691243917F-16197623643F-18197810134917AV-8-219882826196F-2219894037115V-2219895126124典型军用和民用飞机复合材料用量无人机对高性能结构材料的需求减轻结构重量、缩小结构体积一直是无人机设 计追求的目标。只有严格控制结构重量系数，才能 腾出重量空间让给燃油、有效载荷、补偿隐身带来 的增重，满足轻结构、长航时、高隐身、高机动等 技术要求。为了减轻无人机结构质量，除了采用合理的结 构形式外，最有效的方法是选用强度高、刚度大、 质量轻、耐高温、抗低温、疲劳/断裂特性好、具有 良好的加工性能，以及价格相对较低廉的新型高性 能结构材料，即复合材料。无人机无一例外大量使用复合材料综观世界各国的无人机，无一例外地大量使用 了轻质、比强度高、比模量高、抗疲劳能力强、抗 振能力强的结构复合材料。（1）“捕食者”无人机：美国“中海拔、长航时”大 型无人机，是目前世界上装备数量和累计飞行时数最多的察 打一体无人机。除机身大梁外全机由复合材料制成（复合材 料结构重量为85%），飞行速度为220公里/小时，升限7620 米，最大活动半径3700公里，续航时间40小时。无人机无一例外大量使用复合材料“全球鹰”无人机：美国高海拔、长航时、高速无 人侦察机，是目前世界上续航时间最长、高度最高、航程最 远的无人机系统型号。翼展39.9米，起飞重量高达13吨，最 大飞行速度740公里/小时，航程26000公里，飞行高度18000 米，续航时间42小时“X-45C”无人机：美国全复合材料无人战斗机（95%以上结构重量为复合材料），巡航高度为12192米，巡航 马赫数0.8，武器载荷达2041公斤，作战半径2222千米无人机大量使用复合材料的意义先进复合材料可使无人机减重25% ~30%能够整体成型，大大减少零件数量，降低成本复合材料具有可设计性，可进行大面积整体成型复合材料具有特殊的电磁性能，研究改性后具有 一定的隐身功能。复合材料具有优异的耐腐蚀性能，可降低使用维 护的寿命周期成本。复合材料机翼设计可进行气动弹性剪裁。复合材料易形成智能材料，智能结构、可与