小型无人机普遍具有载荷小、飞行高度低、速度慢、续航时间短等性能劣势，因为作业环境复杂，机体的毁伤频率也比较高，传统的铝合金等金属材质已经远远不能满足无人机在性能方面的发展需求。碳纤维复合材料具有高比强度和高比刚度，能大大减轻无人机的机身重量，从而降低无人机的载荷成本和增加无人机的有效载荷量，延长机体的飞行距离和飞行时间，对无人机结构的轻质化、小型化和高性能化意义重大，成为新一代无人机的理想材料。
从材料本身来说，使用碳纤维复合材料至少能比铝合金材料减重30%以上，但是在实际的应用中，要想最大化地体现出碳纤维复合材料的轻量化优势还需从以下几个方面着手。
利用铺层设计减重
碳纤维复合材料具有高度的各向异性，复合材料纵向(纤维方向)的弹性模量和强度较强，横向(垂直纤维方向)的弹性模量和强度则相对较弱。可以通过铺层结构的合理设计，利用复合材料的非对称和非均衡铺层产生的耦合效应，把复合材料结构刚度和结构弹性完美结合起来，使碳纤维复合材料的优势力学性能方向沿结构的传力路径布置，从而有效利用了每一丝束的承载能力，最大限度地发挥出其力学性能优势。
以无锡智上新材一款重载四旋翼无人机提供的碳纤维部件为例，这款无人机最大起飞重量为25kg，最大有效载荷为11kg，轴距为1700mm，空载续航为40min，满载续航为20min，客户要求该款无人机的结构强度和结构稳定性安全系数都要达到2.0。这款无人机整体结构主要包括中心板、机臂和起落架这三部分。无锡智上新材主要负责碳纤维机臂和中心板部分的制作。其中，机臂尺寸长610mm，宽37mm、高47mm。
2024-04-19
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