倪楠楠, 卞 凱, 夏 璐, 顧偉凱, 溫月芳

（1．江蘇三強(qiáng)復(fù)合材料有限公司，江蘇 常州 213127；2．浙江大學(xué)，杭州 310013）

無(wú)人機(jī)（unmanned aerial vehicle，UAV）是利用無(wú)線電遙控設(shè)備和程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，與有人飛機(jī)相比，對(duì)無(wú)人機(jī)通常有低成本、輕結(jié)構(gòu)、高隱身、長(zhǎng)航時(shí)、高存儲(chǔ)壽命等要求，對(duì)于無(wú)人戰(zhàn)機(jī)來(lái)說(shuō)還有高機(jī)動(dòng)和大過(guò)載的要求[1]。近年來(lái)，軍用無(wú)人機(jī)和民用無(wú)人機(jī)都進(jìn)入了井噴式發(fā)展的歷史時(shí)期，軍用無(wú)人機(jī)具有零傷亡、隱蔽性能好、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、生存能力強(qiáng)、作戰(zhàn)環(huán)境要求低、起降簡(jiǎn)單、操作靈活、不怕單調(diào)、超越極限等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、通信中繼、空中預(yù)警、電子干擾、火炮校射、攻擊格斗等諸多軍事行動(dòng)中。為適應(yīng)不同戰(zhàn)場(chǎng)需求，各類(lèi)軍用無(wú)人機(jī)層出不窮，如偵察與監(jiān)視無(wú)人機(jī)、反潛無(wú)人機(jī)、無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)、偵察/打擊一體化無(wú)人機(jī)等[2]。美國(guó)國(guó)防部的觀點(diǎn)認(rèn)為，無(wú)人機(jī)主要在三個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如“枯燥任務(wù)領(lǐng)域、惡劣環(huán)境任務(wù)領(lǐng)域和危險(xiǎn)任務(wù)領(lǐng)域（the dull，the dirty，and the dangerous）”[3]。民用無(wú)人機(jī)在航拍、海洋、氣象、勘探、通信、農(nóng)業(yè)、邊境巡邏、緝毒緝私、治安反恐等領(lǐng)域都有良好的應(yīng)用前景。

減重是飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)永恒的主題。無(wú)人機(jī)對(duì)減重有特殊的需求，只有將結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)控制在30%以下才能騰出質(zhì)量空間讓給燃油、有效載荷、補(bǔ)償隱身帶來(lái)的增重[4]。復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、抗疲勞能力和阻尼性強(qiáng)以及結(jié)構(gòu)與材料的可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、易于整體成型等特點(diǎn)；因此，在無(wú)人機(jī)上大量使用復(fù)合材料是必然選擇，復(fù)合材料應(yīng)用于無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)可以減重 20%～30%[5]。目前，無(wú)論是各種大中型無(wú)人機(jī)還是微型無(wú)人機(jī)，復(fù)合材料用量一般占機(jī)體結(jié)構(gòu)總重的60%～80%，應(yīng)用比例明顯超過(guò)有人飛機(jī)，甚至出現(xiàn)很多全復(fù)合材料無(wú)人機(jī)（復(fù)合材料用量達(dá)到 90%以上），比如美國(guó)通用原子公司制造的中空飛行續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的多用途無(wú)人機(jī)“捕食者”（2002），主要用于偵察、監(jiān)視、目標(biāo)指定、電子戰(zhàn)和實(shí)彈攻擊。除機(jī)身主梁外，“捕食者”無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)幾乎全部采用復(fù)合材料，包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維復(fù)合材料以及蜂窩、泡沫、輕木等夾層結(jié)構(gòu)，用量約為結(jié)構(gòu)總重的 92%[6]。此外，以色列AAI公司研制的“影子”多用途無(wú)人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)95%為復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料機(jī)身，碳纖維或芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料尾翼，機(jī)翼則采用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料面板-蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造[7]。

國(guó)內(nèi)先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在大型無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用才剛剛開(kāi)始，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比還存在不小差距，本文對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)外無(wú)人機(jī)上應(yīng)用情況和關(guān)鍵技術(shù)，包括低成本制造、整體化設(shè)計(jì)制造、結(jié)構(gòu)功能一體化成型、3D增材制造、低成本工裝、快速修補(bǔ)等技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，為促進(jìn)我國(guó)無(wú)人機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展提供借鑒。

1 無(wú)人機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程

無(wú)人機(jī)的發(fā)展有著較長(zhǎng)的歷史，世界上第一架無(wú)人機(jī)是英國(guó)于 1917年研制成功的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界上30余個(gè)國(guó)家和地區(qū)已研制出了上百種無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)型號(hào)超過(guò)1000多種，有60多個(gè)國(guó)家裝備了無(wú)人機(jī)，但發(fā)展最快、水平最高的是美國(guó)和以色列[8]。

1.1 美國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展情況

美國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展處于世界領(lǐng)先水平，其無(wú)人機(jī)技術(shù)先進(jìn)，種類(lèi)多，既有戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)各層次的無(wú)人偵察機(jī)，也有能夠?qū)崿F(xiàn)察打一體的攻擊型無(wú)人機(jī)和用于運(yùn)輸?shù)臒o(wú)人機(jī)。主要型號(hào)包括諾斯羅普·格魯門(mén)公司的RQ-4B全球鷹、MQ-4C 海神、MQ-8C火力偵察兵、X47B；洛克西德馬丁公司的RQ-170 哨兵、RQ-3 暗星、P175 臭鼬、MFX-2 “柔性蒙皮”變形無(wú)人機(jī)、鸕鶿水下無(wú)人機(jī)；通用原子公司MQ-9A死神、MQ-1B捕食者、MQ-1C灰鷹、CQ-10B雪雁；波音公司的A160T蜂鳥(niǎo)、RQ-21黑杰克、X45C鬼鰩、垂直起降的蜻蜓無(wú)人機(jī)、液氫燃料無(wú)人機(jī)PhantomEye鬼眼等。此外，根據(jù)美國(guó)《無(wú)人系統(tǒng)路線圖（2013-2038）》的數(shù)據(jù)，美軍還裝備了 RQ-11“烏鴉”、RQ-14A/B“龍眼/雨燕”、RQ-15“海王星”、RQ-20A“美洲豹”、RQ-16“雷鷹”、“黑色大黃蜂”、黑寡婦、微星、指針等多種型號(hào)的小、微型無(wú)人機(jī)。

此外，美國(guó)海軍計(jì)劃在2018～2019年間完成MQ-25型艦載隱身無(wú)人機(jī)“黃貂魚(yú)”在航母上的部署，如圖1所示，屆時(shí)，MQ-25艦載無(wú)人機(jī)將主要擔(dān)負(fù)空中加油機(jī)的任務(wù)。作為一款全新研制的隱身無(wú)人機(jī)，波音MQ-25的許多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)從很大程度上能說(shuō)明美國(guó)在戰(zhàn)機(jī)隱身技術(shù)上的新技術(shù)和新成果。MQ-25型無(wú)人機(jī)可以看作是X-47B型無(wú)人機(jī)的改良放大版，在美軍進(jìn)行的測(cè)試中，X-47B已成功驗(yàn)證了自主著艦、空中加油等項(xiàng)目，在技術(shù)上已相當(dāng)成熟[9]。

圖 1 MQ-25型艦載隱身無(wú)人機(jī)“黃貂魚(yú)”Fig. 1 MQ-25 type ship-borne stealth UAV “Stingray”

1.2 以色列無(wú)人機(jī)發(fā)展情況

以色列作為世界主要軍事技術(shù)強(qiáng)國(guó)，也是世界無(wú)人機(jī)研發(fā)和制造的佼佼者，在世界無(wú)人機(jī)市場(chǎng)上具有舉足輕重的地位。IAI公司的“蒼鷺”、“偵察兵 Scout”、“獵手 Hunter”、“搜索者Searcher”、“黑豹Panther”、“哈洛普”；埃爾比特系統(tǒng)公司的“赫爾墨斯Hermes900”、“云雀Skylark”、“麻雀 Sparrow”、“藍(lán)色地平線BlueHorizon2”；馬扎拉特公司的“先鋒Pioneer”、“ 馴犬MastiffMk3”；航空防御公司的“斗牛士Picador”、“盤(pán)旋者Oribiter”等多個(gè)型號(hào)都是國(guó)際航展上的亮眼產(chǎn)品，裝備以色列國(guó)防軍后又在中東復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下積累了豐富的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，形成了技術(shù)研發(fā)與實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)相互促進(jìn)的良好局面。

1.3 我國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展情況

我國(guó)研制無(wú)人機(jī)已有50多年的歷史，經(jīng)歷了“進(jìn)口-仿制-自主研發(fā)”三個(gè)階段，先后研制成功長(zhǎng)空一號(hào)無(wú)人靶機(jī)系列、長(zhǎng)虹高空高速無(wú)人偵察機(jī)、BZK-002型無(wú)人偵察機(jī)、ASN系列無(wú)人機(jī)、翔鳥(niǎo)、WZ-3、WD100、V750無(wú)人直升機(jī)等。近年來(lái)，尤其是隨著“翔龍”、BZK-005“長(zhǎng)鷹”、WZ2000等偵察無(wú)人機(jī)，“彩虹”、“翼龍”、“云影”、“利劍”、“撲天雕TB”、“WJ600”等系列察打一體的固定翼無(wú)人機(jī)，WZ-6、T333、“戰(zhàn)狼”AV500W、“金雕”CR500、“沒(méi)羽箭”HA等察打一體無(wú)人直升機(jī)研制成功，標(biāo)志著中國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)軍用無(wú)人機(jī)的水平已經(jīng)邁入了國(guó)際先進(jìn)水平，如圖2所示。

目前，中國(guó)無(wú)人機(jī)的研究機(jī)構(gòu)主要是大學(xué)、研究所和一些企業(yè)，包括北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)、貴航集團(tuán)、洪都集團(tuán)、沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所、哈飛集團(tuán)、航天科工三院無(wú)人機(jī)技術(shù)研究所、航天科技八院、航天科技九院、航天科技十一院彩虹公司、總參60所、602所、株洲無(wú)人機(jī)公司、北航天宇長(zhǎng)鷹公司、愛(ài)生技術(shù)集團(tuán)公司、中航智公司、四川騰盾公司等。近年來(lái)，隨著國(guó)家的重視，國(guó)內(nèi)掀起了研制無(wú)人機(jī)的高潮，但客觀來(lái)講，中國(guó)和美國(guó)、以色列在無(wú)人機(jī)的譜系和應(yīng)用上還存在一定的差距。

圖 2 我國(guó)無(wú)人機(jī)的最新型號(hào)圖片 （a）翔龍；（b）翼龍II；（c）翼龍I-D；（d）BZK-05；（e）云影；（f）彩虹5；（g）AV500戰(zhàn)狼；（h） T333；（i）HAFig. 2 The latest model of UAV in China （a）Soar Dragon；（b）Wing Loong II；（c）Wing Loong I-D；（d）BZK-05；（e）Yunying；（f）Rainbow 5；（g） AV500 War Wolf；（h） T333；（i）HA

2 復(fù)合材料在無(wú)人機(jī)上應(yīng)用

與有人飛機(jī)相比，復(fù)合材料在無(wú)人機(jī)上應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不需要考慮機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中人的生理承受能力和安全性的限制。一方面無(wú)人機(jī)材料的選擇多樣性更大，對(duì)強(qiáng)度要求相對(duì)較低。這使材料選擇可以更多地著眼于“輕質(zhì)”的要求，采用更多密度更低的材料，如泡沫塑料、航空層板等。另一方面，外形、尺寸和性能上更加多樣，如微型無(wú)人機(jī)和高超聲速無(wú)人機(jī)就屬于無(wú)人機(jī)特有的類(lèi)型。此外，由于無(wú)人機(jī)風(fēng)險(xiǎn)較小，對(duì)可靠性要求低于有人機(jī)，故無(wú)人機(jī)在設(shè)計(jì)、材料等領(lǐng)域成為新技術(shù)的驗(yàn)證平臺(tái)，復(fù)合材料的應(yīng)用比例明顯高于有人飛機(jī)。

復(fù)合材料在固定翼無(wú)人機(jī)機(jī)體上的應(yīng)用發(fā)展經(jīng)歷了從整流罩，到承載小的部件，例如飛機(jī)翼面的前緣、后緣壁板，到翼面的操縱面或操縱面的后緣等次承力結(jié)構(gòu)，到主承力結(jié)構(gòu)，進(jìn)而到翼面盒段、翼身融合等整體一體化成型的發(fā)展歷程[10]。在垂直起降的直升機(jī)上最初應(yīng)用在旋翼等動(dòng)部件和機(jī)身蒙皮、后蓋等部位，近年來(lái)在機(jī)身主框架和槳轂、起落架等主承力部件上的應(yīng)用越來(lái)越多[11]。

2.1 中高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用

中高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)典型代表是諾斯羅普·格魯門(mén)公司為美國(guó)空軍研制，Vought飛機(jī)工業(yè)公司生產(chǎn)的 RQ-4“全球鷹”，這也是全世界最先進(jìn)的無(wú)人機(jī)之一。機(jī)身主結(jié)構(gòu)為鋁合金，機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、后機(jī)身采用碳纖維復(fù)合材料制造，雷達(dá)罩、整流罩采用玻璃纖維復(fù)合材料制造，復(fù)合材料的用量約為結(jié)構(gòu)總重的65%，如圖3（a）所示。其中為滿足長(zhǎng)達(dá)35.4 m的翼展彎曲剛度的要求，諾格公司采用4個(gè)“工”形梁式承扭盒加蒙皮的結(jié)構(gòu)，蒙皮由單向帶預(yù)浸料制造，翼展方向鋪層占50%，其余鋪層占50%，用于提供扭轉(zhuǎn)剛度；“工”形梁采用Cytec公司提供的M46J/7714A環(huán)氧預(yù)浸料制造。翼內(nèi)則為整體油箱，前后緣均為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，采用Hexcel公司提供的Nomex蜂窩芯制造。所有機(jī)翼復(fù)合材料在鋁模具上鋪疊，121 ℃熱壓罐固化成型，生產(chǎn)過(guò)程中分別采用FiberSIM軟件、格勃自動(dòng)下料機(jī)、激光投影技術(shù)進(jìn)行鋪層模式的設(shè)計(jì)、預(yù)浸料的裁剪和輔助鋪層定位。梁和蒙皮分別固化后采用Hysol室溫膠黏劑進(jìn)行二次膠接，減少了緊固件用量并防止?jié)B透，整個(gè)機(jī)翼分成3段，一個(gè)15 m長(zhǎng)橫跨機(jī)身的翼盒，兩個(gè)10 m長(zhǎng)的外翼和翼尖組合件，彼此之間采用機(jī)械連接，表面固化有防雷擊的銅網(wǎng)[12]。

圖 3 RQ-4“全球鷹” （a）結(jié)構(gòu)示意圖；（b）復(fù)合材料機(jī)翼；（c）翼尖[12-13]Fig. 3 RQ-4“Global Hawk ” （a）structural schematic diagram；（b）composite wing；（c） wing tip

圖 4 “捕食者”MQ-1 （a）材料分布示意圖；（b）復(fù)合材料V尾[14-15]Fig. 4 MQ-1 Predator （a）Sketch map of material distribution；（b）composite V tail[14-15]

改進(jìn)型“全球鷹”RQ-4B機(jī)翼增至39.9 m，重約1814 kg，是Vought達(dá)拉斯工廠交付的最長(zhǎng)機(jī)翼，如圖3（b）所示。其結(jié)構(gòu)形式與RQ-4基本相同，但組合方式不同，并在一些區(qū)域增加了鋪層以提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。整個(gè)機(jī)翼分為4段，兩個(gè)大的翼盒在機(jī)身中心對(duì)接，兩端各一個(gè)翼尖組合件，兩個(gè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在機(jī)身中線對(duì)接可以提高氣動(dòng)效率[13]。

需要特別說(shuō)明的是，翼尖部分的制造采用了 Radius Engineering 公司開(kāi)發(fā)的 SQRTM（same qualified resin transfer molding）技術(shù)。它是一種閉模成型方法，結(jié)合預(yù)浸料工藝和液態(tài)成型技術(shù)，可以生產(chǎn)真正的凈成型且高度組合的航天航空零部件?？傊?，SQRTM不使用熱壓罐，但可以生產(chǎn)出具有熱壓罐質(zhì)量的部件，屬于低成本的制造技術(shù)。新設(shè)計(jì)的翼尖包含3個(gè)主要部分：一個(gè)承扭盒，一個(gè)內(nèi)翼肋（用于連接翼尖和主翼）和一個(gè)翼尖帽型件。每個(gè)承扭盒均包含 6 根層合復(fù)合材料桁條，機(jī)翼前后緣和外翼肋組成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。相比較每個(gè)承扭盒由兩根蜂窩夾層結(jié)構(gòu)桁條和多根翼肋組成的原始的設(shè)計(jì)，利用SQRTM 技術(shù)僅用3個(gè)模具就能完成左、右翼尖所有零部件的制備。SQRTM技術(shù)做到了簡(jiǎn)化制件結(jié)構(gòu)，集成零部件和不使用熱壓罐，因此，幫助制造商大大降低了制備成本。而且用這種技術(shù)制造的復(fù)合材料纖維體積分?jǐn)?shù)可達(dá)58%，孔隙率小于 0.5%，所以通過(guò) SQRTM 技術(shù)制造的翼尖能滿足或超過(guò)諾斯羅普·格魯門(mén)公司對(duì)“全球鷹”機(jī)翼性能的要求，其質(zhì)量還比原來(lái)降低了5%，這意味著“全球鷹”將能夠攜帶更多的有效載荷。

圖4（a）是美國(guó)通用原子公司制造的中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)“捕食者”MQ-1 無(wú)人機(jī)的材料分布圖。全機(jī)除機(jī)身大梁采用金屬外，幾乎全部采用復(fù)合材料，包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維復(fù)合材料以及蜂窩、泡沫等夾層結(jié)構(gòu)，用量約為結(jié)構(gòu)總重的92%[14]。其中，機(jī)身大量采用了碳纖維織物/Nomex蜂窩夾層加筋壁板結(jié)構(gòu)，內(nèi)部關(guān)鍵位置有碳纖維梁和肋以保證足夠的剛度。雷達(dá)罩采用玻璃纖維復(fù)合材料制造。成型工藝上，主要機(jī)體部分采用碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料手工鋪疊/熱壓罐工藝制造，主梁以及尾翼梁、起落架支柱采用碳纖維織物閉模成型，并使用氣囊輔助壓實(shí)[15]。

改進(jìn)型MQ-9B是“捕食者”的加大型，又名“狩獵者”、“死神”，一方面增大了飛 機(jī)尺寸，另一方面全復(fù)合材料垂尾由倒V形改為V形，改善了飛行高度、速度、任務(wù)載荷和航程等性能，如圖4（b）所示。主要機(jī)體仍然采用碳纖維單向帶預(yù)浸料及織物預(yù)浸料與Nomex 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造。為了進(jìn)一步提高性能并達(dá)到減重的效果，MQ-9B機(jī)翼盒型梁頂端上采用了一種新型的混雜纖維預(yù)浸料，即SPECIALITY MATERIALS 公司生產(chǎn)的Hy-Bor?硼纖維/碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸料。由于B纖維的模量達(dá)到400 GPa，且壓縮強(qiáng)度是拉伸強(qiáng)度的將近2倍，達(dá)到6900 MPa，將B纖維與碳纖維按一定比例進(jìn)行剪裁設(shè)計(jì)比單一的增強(qiáng)材料具有更高的彎曲和壓縮性能，并且可以提高開(kāi)孔強(qiáng)度，在考慮壓縮應(yīng)力的設(shè)計(jì)中還可以通過(guò)減少碳纖維的數(shù)量達(dá)到減重的效果。標(biāo)準(zhǔn)的Hy-Bor?預(yù)浸料是采用三菱麗陽(yáng)的MR-40石墨纖維和直徑為0.1 mm的硼纖維以及121～149 ℃固化的NCT301環(huán)氧樹(shù)脂制成的。此外，Hy-Bor? 預(yù)浸料還可以與其他任何商業(yè)化的石墨預(yù)浸料結(jié)合使用[16]。

我國(guó)無(wú)人機(jī)研制中采用復(fù)合材料的比例和技術(shù)水平較國(guó)外存在一定差距，國(guó)內(nèi)在航天航空領(lǐng)域采用碳纖維復(fù)合材料處于起步階段，而國(guó)外已經(jīng)成熟應(yīng)用。

AAI 公司研制的“影子”多用途無(wú)人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)95%為復(fù)合材料：碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料機(jī)身，碳纖維或芳綸纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料尾翼，機(jī)翼則采用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料面板-蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造。BAI 航空系統(tǒng)公司的“敢死蜂”無(wú)人機(jī)機(jī)翼、可動(dòng)控制面及垂尾均用聚苯乙烯和玻璃纖維制成的硬殼式復(fù)合材料制成，方向舵和機(jī)身采用泡沫夾層結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻罩及艙門(mén)口蓋均用熱塑真空成型，玻璃鋼螺旋槳整流罩采用模壓成型[17]。

波音公司研制的 X-45 無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)生產(chǎn)型機(jī)體結(jié)構(gòu) 90%以上采用復(fù)合材料，其機(jī)身由低溫固化預(yù)浸料制造，機(jī)翼為泡沫夾層結(jié)構(gòu)，采用獨(dú)特的FMC（foam matrix core）技術(shù)，首先成型泡沫芯，再在成型好的泡沫上纏繞纖維，最后將二者一起固化。采用該技術(shù)不僅可以大幅降低 X-45 的制造成本，而且方便拆卸、存放和安裝[18]。

國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)除機(jī)身的龍骨、梁和隔框、起落架等結(jié)構(gòu)件采用鋁合金或鈦合金外，機(jī)翼、尾翼及各種天線罩、護(hù)板、蒙皮等結(jié)構(gòu)件也開(kāi)始大量使用復(fù)合材料。西安愛(ài)生技術(shù)集團(tuán)于20世紀(jì)90年代研制的ASN-105B無(wú)人偵察機(jī)，機(jī)體幾乎全部使用玻璃鋼材料，是我國(guó)第一款大量使用復(fù)合材料的大型無(wú)人機(jī)。哈飛與北航聯(lián)合設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程無(wú)人偵察機(jī)BZK-05機(jī)身受力骨架采用常規(guī)鋁合金鉚接結(jié)構(gòu)，蒙皮及整流罩采用玻璃纖維、碳纖維、Nomex紙蜂窩等復(fù)材結(jié)構(gòu)，機(jī)翼也由全復(fù)合材料構(gòu)成。“翔龍”UAV 是我國(guó)新一代高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人偵察機(jī)，全機(jī)長(zhǎng)15 m，翼展25 m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了罕見(jiàn)的菱形聯(lián)翼布局，使得該機(jī)具有結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)、抗墜毀能力強(qiáng)、抗顫振能力好、飛行阻力小、航程遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)?！跋椠垺贝罅坎捎昧讼冗M(jìn)復(fù)合材料，機(jī)身上曲線連續(xù)而光滑，機(jī)身尾部背鰭上裝有復(fù)合材料發(fā)動(dòng)機(jī)艙，具有較高的隱身性能。

此外，翼龍無(wú)人機(jī)是由中航工業(yè)研制的一種中低空、軍民兩用、長(zhǎng)航時(shí)多用途無(wú)人機(jī)。采用正常式氣動(dòng)布局，大展弦比中單翼，V型尾翼，機(jī)身尾部裝有一臺(tái)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)翼帶襟翼和襟副翼，V尾沒(méi)有方向/升降舵，采用前三點(diǎn)式起落架，具有收放和剎車(chē)功能，機(jī)體結(jié)構(gòu)選用鋁合金材料，天線罩采用透波復(fù)合材料，機(jī)翼為蜂窩夾心復(fù)合材料。國(guó)產(chǎn)“彩虹4”無(wú)人機(jī)機(jī)翼翼展18 m，最大起飛質(zhì)量超過(guò)1300 kg，機(jī)體除了主梁，其他部分都是由復(fù)合材料制成，質(zhì)量比例超過(guò)80%，大大減輕了機(jī)體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，有效載荷可達(dá)345 kg。改進(jìn)型“彩虹5”復(fù)合材料用量更大，翼展達(dá)21 m，起飛質(zhì)量超過(guò)3噸，與死神接近。它延續(xù)了“彩虹4”的成熟氣動(dòng)布局，但采用了更大展弦比和升阻比的翼型，并采用襟翼增升技術(shù)，使其起飛升力提高了30%，此外，“彩虹5”翼下設(shè)有6個(gè)復(fù)合材料掛架，一次可掛載16枚不同類(lèi)型的空地導(dǎo)彈，最大載荷達(dá)1噸。

2.2 高機(jī)動(dòng)攻擊戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用

自20世紀(jì)末起，無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)一直是世界各國(guó)的研究關(guān)注熱點(diǎn)。目前世界上的主要航空大國(guó)都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)航空武器裝備的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。為了盡可能地降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量并提高機(jī)動(dòng)性能，無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是大量應(yīng)用復(fù)合材料，特別是碳纖維復(fù)合材料，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)有人戰(zhàn)斗機(jī)的應(yīng)用水平。

2002年，美國(guó)波音公司研發(fā)的翼身融合的X-45A無(wú)人機(jī)，翼展10.3 m，弦長(zhǎng)8 m，空重 3640 kg，搭載有效載荷能力為680 kg，復(fù)合材料占X-45A結(jié)構(gòu)質(zhì)量的45%。其機(jī)身由高速切削的鋁合金龍骨、梁及隔框覆以復(fù)合材料蒙皮構(gòu)成，如圖5（a）所示。2011年2月首飛的 X-47B 是諾斯羅普·格魯曼公司開(kāi)發(fā)的一種低可探測(cè)的艦載無(wú)人空戰(zhàn)系統(tǒng)。該無(wú)人機(jī)是世界上首架陸基和航空母艦都能使用的無(wú)人駕駛偵察攻擊機(jī)。機(jī)長(zhǎng)11.64 m，翼展18.92 m，空重6350 kg，最大起飛質(zhì)量20215 kg，實(shí)用升限12192 m，可實(shí)現(xiàn)超音速飛行。全機(jī)80% 的結(jié)構(gòu)由GKN航宇公司設(shè)計(jì)制造，其中機(jī)身骨架結(jié)構(gòu)采用鈦合金和鋁合金制造，機(jī)身蒙皮、機(jī)背口蓋和活動(dòng)艙門(mén)等采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，90% 機(jī)體表面由碳纖維復(fù)合材料制造，外翼由鋁合金部件和碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料蒙皮組成，其尺寸大約為4.88 m × 1.22 m，每個(gè)機(jī)翼均裝有副翼，并擁有高度集成的電子和液壓管路。機(jī)翼設(shè)計(jì)還包括折疊功能，這樣可以使飛機(jī)在航母上占有更小的空間。圖4（b）為X-47B無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)測(cè)試圖[19]。

圖 5 （a）X45A無(wú)人機(jī)和（b）X-47B機(jī)身結(jié)構(gòu)驗(yàn)證測(cè)試[13]Fig. 5 （a）X45A UAV and（b）X-47B fuselage structure verification test[13]

2010年，英國(guó)BAE系統(tǒng)公司推出了一款高科技隱形UAV—“雷電之神（unmanned combat aerial vehicle，UCAV）”，“雷電之神”機(jī)長(zhǎng)9.3 m，翼展12.5 m，起飛質(zhì)量6500 kg，整個(gè)機(jī)身除主梁和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙使用金屬材料外，其他部分均由碳纖維和石墨纖維復(fù)合材料構(gòu)成。2011年，“神經(jīng)元”無(wú)人機(jī)由法國(guó)牽頭，歐洲多國(guó)合作開(kāi)發(fā)。“神經(jīng)元”UAV采用了飛翼布局，以鈦、鋁合金為骨架，外層則大量使用了碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂之類(lèi)的先進(jìn)復(fù)合材料（advanced composites materials，ACM），具有高度的低可探測(cè)性。中國(guó)的“利劍”無(wú)人機(jī)由沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)，洪都飛機(jī)廠制造，機(jī)長(zhǎng)約10 m，翼展約13.8 m，采用碳纖維夾芯鋁蜂窩制備，最大作戰(zhàn)半徑1200 千米。從數(shù)據(jù)看，“利劍”比“神經(jīng)元”和“雷電之神”稍大，比X-45C和X-47B小。作為“空軍某重點(diǎn)型號(hào)無(wú)人機(jī)平臺(tái)”的驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目，“利劍”已圓滿完成項(xiàng)目驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)高端無(wú)人機(jī)技術(shù)的重大創(chuàng)新。

2.3 垂直起降無(wú)人直升機(jī)上復(fù)合材料應(yīng)用

無(wú)人直升機(jī)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，之后數(shù)十年中沒(méi)有太大發(fā)展。世界上較早開(kāi)展無(wú)人直升機(jī)研制的國(guó)家有美國(guó)、英國(guó)、加拿大、德國(guó)等。近年來(lái)，隨著復(fù)合材料、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器等新技術(shù)發(fā)展，無(wú)人直升機(jī)再次得到迅速發(fā)展。

直升機(jī)結(jié)構(gòu)通常分為以旋翼系統(tǒng)為代表的動(dòng)部件結(jié)構(gòu)和機(jī)體結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。與固定翼飛機(jī)相比，直升機(jī)在復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)上有一定區(qū)別，主要表現(xiàn)在：(1) 結(jié)構(gòu)形式不同。旋翼是直升機(jī)特有的結(jié)構(gòu)，旋翼系統(tǒng)及傳動(dòng)系統(tǒng)不僅動(dòng)部件多，受力方式也不同；機(jī)身存在較多薄壁復(fù)雜曲面，大量采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。(2) 材料體系不同。直升機(jī)以織物為主，固定翼飛機(jī)采用單向預(yù)浸料較多。直升機(jī)旋翼連接件基于疲勞及減重的考慮，采用了鋁基復(fù)合材料。(3) 性能要求不同。由于結(jié)構(gòu)形式和使用環(huán)境的區(qū)別，使得固定翼飛機(jī)所獲取的設(shè)計(jì)性能數(shù)據(jù)不能直接應(yīng)用到直升機(jī)上；且對(duì)于旋翼系統(tǒng)等直升機(jī)特有的動(dòng)部件，還要求復(fù)合材料具有優(yōu)異的高周疲勞特性[20]。

國(guó)外無(wú)人直升機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用也是從次要結(jié)構(gòu)開(kāi)始逐漸發(fā)展到主承力結(jié)構(gòu)，材料體系從玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料逐漸過(guò)渡到玻璃纖維、碳纖維和芳綸混雜使用的復(fù)合材料。近年來(lái)，隨著直升機(jī)旋翼系統(tǒng)、機(jī)身結(jié)構(gòu)等部位應(yīng)用復(fù)合材料的比例進(jìn)一步增加，材料體系拓展到碳纖維、玻璃纖維和芳綸增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料、鋁基復(fù)合材、陶瓷基復(fù)合材料等，并發(fā)展了復(fù)合材料整體化和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)及低成本成型工藝，直接推動(dòng)了全復(fù)合材料機(jī)身結(jié)構(gòu)、共軸剛性槳葉、無(wú)軸承旋翼等先進(jìn)無(wú)人直升機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

美國(guó)波音公司研制的A-160T機(jī)身長(zhǎng)10.7 m，旋翼直徑11 m，最大任務(wù)載荷454 kg，最大飛行速度259 km/h，采用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，把滯空時(shí)間延長(zhǎng)了40 h，機(jī)身大部分采用先進(jìn)的碳纖維/環(huán)氧、芳綸/環(huán)氧和蜂窩芯材，占機(jī)體結(jié)構(gòu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%以上，巧妙布設(shè)油箱，增加燃油攜帶量，從而使其最大起飛質(zhì)量達(dá)到3噸，成為當(dāng)今世界無(wú)人直升機(jī)中的巨無(wú)霸。尾梁等采用碳纖維/芳綸混雜面板的蜂窩芯夾層結(jié)構(gòu)，垂尾采用芳綸/碳纖維束鋪放共固化成型，旋翼槳葉由碳纖維復(fù)合材料大梁帶和玻璃鋼蒙皮制造，槳葉厚度從根部到尖部逐漸降低，雙葉尾槳的槳葉則由聚氨酯泡沫和玻璃鋼蒙皮制造。

俄羅斯卡-137 無(wú)人直升機(jī)采用球形基體布局，共軸雙旋翼結(jié)構(gòu)和四輪支撐桿起落架。旋翼直徑5.3 m。球形機(jī)體分上下兩個(gè)功能部分。上部裝活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，下半部裝置任務(wù)系統(tǒng)。它最大起飛質(zhì)量280 kg，續(xù)航時(shí)間為4 h。機(jī)身采用大量的復(fù)合材料，因此有一定的隱身能力。

國(guó)內(nèi)在研的無(wú)人機(jī)直升機(jī)也大量采用復(fù)合材料，主要應(yīng)用部位有旋翼槳葉中的大梁、蒙皮、墊布、后緣條等，機(jī)體結(jié)構(gòu)中的機(jī)身蒙皮、動(dòng)力艙整流罩、全復(fù)合材料尾梁、平尾、垂尾、武器掛梁整流罩，此外還有起落架和復(fù)合材料油箱等。中國(guó)602所研制的AV500W 察打無(wú)人直升機(jī)采用桁架式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全復(fù)合材料蒙皮，復(fù)合材料槳葉，具有良好的飛行性能，可靠性高。騰盾公司和三強(qiáng)公司聯(lián)合研制的HA無(wú)人察打一體機(jī)除中機(jī)身骨架外全部采用碳纖維及玻璃纖維復(fù)合材料制備，圖6（a）和（b）是分別是HA無(wú)人機(jī)的多梁式泡沫夾層共固化垂尾和滑橇式起落架。

圖 6 HA無(wú)人機(jī)碳纖維復(fù)合材料垂尾 （a）和HA無(wú)人機(jī)碳纖維復(fù)合材料滑橇式起落架（b）Fig. 6 HA UAV CFRP vertical tail （a）and HA UAV CFRP skid landing gear（b）

圖 7 美國(guó) NASA的“赫利俄斯”太陽(yáng)能全復(fù)合材料無(wú)人機(jī)Fig. 7 Solar powered all composite UAV, Helios, made by NASA

圖 8 中國(guó)一飛院“啟明星”太陽(yáng)能全復(fù)合材料民用無(wú)人機(jī)Fig. 8 Solar powered composite civil UAV, Star, made by China First Flight Academy

2.4 其他無(wú)人機(jī)上復(fù)合材料應(yīng)用

美國(guó)NASA的“赫利俄斯”太陽(yáng)能全復(fù)合材料民用無(wú)人機(jī)在2001年試飛時(shí)連續(xù)飛行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17 h，創(chuàng)造了無(wú)人機(jī)連續(xù)飛行時(shí)間記錄。如圖7所示，這架飛機(jī)的翼展75.3 m，遠(yuǎn)超波音747的翼展長(zhǎng)，弦長(zhǎng)2.44 m，主結(jié)構(gòu)由碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制成，全機(jī)均勻分為6段，每段連接處都有一個(gè)復(fù)合材料艙，用來(lái)裝載有效載荷。日前中國(guó)航空工業(yè)一飛院自主研發(fā)的超長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)總裝下線，飛機(jī)命名為“啟明星”，如圖8所示，全身采用碳纖維復(fù)合材料，使用太陽(yáng)能作為飛行動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)“超長(zhǎng)待機(jī)”，也是我國(guó)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)的開(kāi)山之作，為今后開(kāi)拓市場(chǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這款啟明星型號(hào)的無(wú)人機(jī)翼展20 m，弦長(zhǎng)1.1 m，它可以在2萬(wàn)米的高空，以130 km/h的速度飛行半年。

圖9是意大利都靈工業(yè)大學(xué)研制的HeliPlat高空長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)機(jī)翼管狀梁架結(jié)構(gòu)。采用M55J碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料面板/Nomex蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造，能承受大部分的彎曲、扭轉(zhuǎn)和剪切載荷，翼盒蒙皮則采用M55J碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸帶制造[21]。

圖 9 意大利都靈工業(yè)大學(xué)研制的 HeliPlat高空長(zhǎng)航時(shí)太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)機(jī)翼骨架[21]Fig. 9 Wing structure of high altitude long endurance solar UAV, HeliPlat, developed by Italy Turin Industrial University[21]

2014年美國(guó)哈佛大學(xué)的科學(xué)家們?cè)诶ハx(chóng)的啟發(fā)下，研制出如蒼蠅般大小的機(jī)器人，成為世界上最小的無(wú)人機(jī)，其小巧程度也成為了無(wú)人機(jī)研發(fā)領(lǐng)域中的最新突破。該無(wú)人機(jī)的主體由碳纖維制成，質(zhì)量?jī)H106 mg。所以，這也是世界上最為小巧和輕便的無(wú)人機(jī)，如圖10所示[22]。

3 無(wú)人機(jī)復(fù)合材料的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 低成本復(fù)合材料制造技術(shù)

圖 10 哈佛大學(xué)蒼蠅無(wú)人機(jī)[22]Fig. 10 Harvard University fly UAV[22]

高昂制造成本是限制復(fù)合材料大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。與有人機(jī)相比，無(wú)人機(jī)一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)就是成本相對(duì)較低，因此，無(wú)論哪種類(lèi)型的無(wú)人機(jī)要大面積采用復(fù)合材料，都必須解決低成本材料、低成本設(shè)計(jì)和低成本成型三個(gè)難題。

3.1.1 低成本材料技術(shù)

中低速靶機(jī)或微型無(wú)人機(jī)速度較低，機(jī)身和機(jī)翼承受載荷不高，故在材料選擇上更加強(qiáng)調(diào)“輕質(zhì)價(jià)廉”。最典型的就是木質(zhì)膠合板、泡沫塑料等輕質(zhì)材料的應(yīng)用。泡沫塑料是目前最輕的材料，密度低至0.9 g/cm3，但泡沫塑料剛度較低，在有人機(jī)中很少使用。而在無(wú)人機(jī)中，泡沫塑料與玻璃鋼復(fù)合而成的夾層結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于多種無(wú)人機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)中。如美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)使用的三角翼電子干擾無(wú)人機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)為泡沫塑料夾層玻璃布蒙皮+聚苯乙烯泡沫芯[23]。

對(duì)于中高速大型無(wú)人偵察機(jī)或察打一體機(jī)，隨著飛機(jī)速度的提高，機(jī)體載荷增大，無(wú)人機(jī)骨架一般采用鋁合金或鈦合金，其他部位大量采用玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。復(fù)合材料的主要原料主要包括增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂兩部分。增強(qiáng)纖維方面可以選擇大絲束纖維。目前世界碳纖維市場(chǎng)的態(tài)勢(shì)是產(chǎn)大于銷(xiāo)，48～60 K大絲束纖維價(jià)格約150～200元/公斤，僅是T3003 K纖維價(jià)格的1/4左右，同時(shí)其性能和工藝性在逐漸改善，建議可在無(wú)人機(jī)上推廣試用大絲束碳纖維。同時(shí)大力發(fā)展環(huán)境友好型循環(huán)使用碳纖維，促進(jìn)碳纖維材料的回收和利用。從飛機(jī)和其他設(shè)備中回收和循環(huán)利用使用過(guò)的碳纖維，將其與塑料混合，這種材料價(jià)格比同強(qiáng)度的不可回收材料低30%多。關(guān)于基體樹(shù)脂一方面應(yīng)控制其成型溫度、發(fā)展低溫固化高溫使用的樹(shù)脂體系，這樣不僅能降低固化成型時(shí)的能耗，而且可以采用耐熱要求不高、價(jià)格便宜的工裝模具和輔助材料，并能夠提高尺寸精度、降低整體成型時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。另一方面發(fā)展能夠擺脫高耗能的熱壓罐的成型技術(shù)的樹(shù)脂體系。在此應(yīng)用需求下，出現(xiàn)了適應(yīng)VBO（vacuum-bag-only）技術(shù)的OoA（out-of autoclave）樹(shù)脂和預(yù)浸料體系[24-28]。

OoA材料體系可采用恒溫爐固化而不必使用熱壓罐，前者購(gòu)置成本僅為后者的1/10，使用成本通常為后者的1/4，在目前制造成本占復(fù)材產(chǎn)品成本大部分比例的情況下，這意味著采用OoA材料體系最終產(chǎn)品的成本可大幅降低。目前，世界知名的復(fù)合材料生產(chǎn)廠商都推出了自己的OoA材料體系，如ACG公司的MTM系列預(yù)浸料（如面向民機(jī)結(jié)構(gòu)的MTM44系列、面向美國(guó)軍用領(lǐng)域的MTM45系列和面向AGATE項(xiàng)目應(yīng)用的MTM46系列等）、Cytec公司的 Cycom5320預(yù)浸料、Hexcel公司的HexPly-M56預(yù)浸料表、東麗公司的2510樹(shù)脂預(yù)浸料。表1列出了國(guó)內(nèi)外典型VBO復(fù)合材料體系[29]。

表 1 典型VBO樹(shù)脂體系及應(yīng)用[29]Table 1 Typical VBO resin system and its application[29]

ACG是開(kāi)發(fā)低溫成型預(yù)浸料的先驅(qū)。他們的LTM?低溫成型預(yù)浸料在幾個(gè)重要項(xiàng)目中得到應(yīng)用，如著名的波音X45A和X34及諾斯羅普·格魯門(mén)公司的X47A無(wú)人戰(zhàn)機(jī)。在航空領(lǐng)域最受歡迎的是ACG的中溫固化預(yù)浸料（MTM），固化溫度約為90 ℃。例如，MTM45-1是一種第二代增韌環(huán)氧樹(shù)脂體系，在90 ℃固化后，再進(jìn)行后固化處理，Tg可達(dá)185 ℃。這種材料已經(jīng)用于維珍銀河/Scaled Composites公司的“太空船二號(hào)”和“白色騎士二號(hào)”，據(jù)說(shuō)是采用OoA固化的最大航空結(jié)構(gòu)件。制品的孔隙率小于0.5%[30]。

本文作者認(rèn)為目前針對(duì)無(wú)人機(jī)材料的研究主要還集中于材料本身，并沒(méi)有結(jié)合不同無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)和需求，將“無(wú)人機(jī)材料”作為一個(gè)材料門(mén)類(lèi)加以深入探索，充分發(fā)揮無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)靈活，風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行先進(jìn)材料的實(shí)驗(yàn)，譬如超輕型材料、智能材料、先進(jìn)功能材料（如形狀記憶合金、自修復(fù)材料）和微電子、微器件等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等，這必將極大推動(dòng)無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的蓬勃發(fā)展，提高完善無(wú)人機(jī)的性能，最終也能降低無(wú)人機(jī)、甚至整個(gè)航空工業(yè)的技術(shù)成本。

3.1.2 低成本設(shè)計(jì)技術(shù)

為達(dá)到降低成本的目的，在綜合考慮外形構(gòu)造、機(jī)械強(qiáng)度、氣動(dòng)特性、安全性能等多方面之間的交叉耦合關(guān)系情況下，無(wú)人機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡(jiǎn)單化，并著重于在設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、使用和維護(hù)等諸多方面開(kāi)展一體化集成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[31]，要相應(yīng)發(fā)展數(shù)字化、自動(dòng)化的設(shè)計(jì)技術(shù)，單獨(dú)的軟件雖已發(fā)展到一定的水平，但不能充分發(fā)揮作用。波音集成了Patran、Nastran和FiberSim形成DMAPS（design for manufacturing and productivity simulation），同時(shí)建立了VR（virtual reality）模型，從設(shè)計(jì)到模擬裝配，便于做出適當(dāng)更改，并可實(shí)現(xiàn)“design any where， build any where”。無(wú)人機(jī)的安全系數(shù)比有人機(jī)的要低，可能在1～1.5之間適當(dāng)選取，UCAV的過(guò)載系數(shù)可能要高，可達(dá)15～20 g，無(wú)人機(jī)使用壽命短，損傷容限和耐久性要求也相對(duì)較低，由此給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析會(huì)帶來(lái)許多質(zhì)的變化，比如需更加關(guān)注基于概率的結(jié)構(gòu)分析方法，開(kāi)展復(fù)合材料結(jié)構(gòu)高設(shè)計(jì)許用值研究，充分挖掘復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的后屈曲承載能力，以及開(kāi)展復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜高應(yīng)力區(qū)的壽命評(píng)定方法研究，以進(jìn)一步地提高結(jié)構(gòu)效率和可靠性，并制定出適用于無(wú)人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析計(jì)算準(zhǔn)則與相關(guān)規(guī)范[32]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，還應(yīng)注意研究可靠性設(shè)計(jì)方法，以補(bǔ)充和完善安全系數(shù)法的不足。本文作者建議無(wú)人機(jī)的低成本設(shè)計(jì)還應(yīng)與低成本的成型工藝相結(jié)合，譬如針對(duì)VBO工藝對(duì)制件的厚度敏感的特性，應(yīng)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈活性，減少局部區(qū)域的厚度（譬如共固化區(qū)域），從而保障產(chǎn)品經(jīng)過(guò)VBO工藝能夠獲得良好的產(chǎn)品合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性。再譬如進(jìn)行設(shè)計(jì)分離面選擇時(shí)應(yīng)充分考慮工藝分離的難度和可靠性，選擇工藝容易批量穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的分離面作為設(shè)計(jì)分離面，并根據(jù)工藝需要進(jìn)行局部的結(jié)構(gòu)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)總制造成本的下降。

3.1.3 低成本的成型技術(shù)

降低復(fù)合材料制造成本另一個(gè)重要舉措就是發(fā)展低成本的成型工藝。目前，熱壓罐成型仍然是很多無(wú)人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型的主要方法，比如美國(guó)Aurora公司的大型熱壓罐工作區(qū)直徑達(dá)2.4 m，長(zhǎng)7.8 m，用來(lái)支持“全球鷹”等無(wú)人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造。眾所周知，熱壓罐成型工藝投資大，能耗驚人，且大型制品還受到成型設(shè)備大小的限制。大中型無(wú)人機(jī)一些較大的部件往往需要整體成型，比如翼身蒙皮、大展弦比機(jī)翼盒段等，已有的熱壓罐尺寸常常無(wú)法滿足要求。復(fù)合材料低成本制造技術(shù)的主要發(fā)展方向包括纖維自動(dòng)鋪放、纏繞、拉擠成型技術(shù)、脂傳遞模塑成形技術(shù)（RTM）、樹(shù)脂膜滲透技術(shù)（RFI）、真空輔助樹(shù)脂滲透成形技術(shù)（VARI）、SQRTM等液態(tài)成型技術(shù)、創(chuàng)新性的固化方法包括電子束高速固化法、超聲波固化法、X射線固化法等。此外，無(wú)人機(jī)上舵面等泡沫夾芯結(jié)構(gòu)一般都采用模壓成型，模壓工藝兼有熱壓罐成型和真空袋成型的優(yōu)點(diǎn)，具有成型壓力大、成型效率高、經(jīng)濟(jì)性好，是生產(chǎn)泡沫夾芯結(jié)構(gòu)部件的很好的一種成型方法。

意大利Proel公司提出了一種電子束固化結(jié)合纖維纏繞工藝的復(fù)合材料制造方法，電子束輻射與纖維纏繞同步進(jìn)行，在纏繞下一層時(shí)，前一層已固化或預(yù)固化，稱(chēng)為“分層電子束固化”[33]。

泰斯金普公司與曼徹斯特大學(xué)共同開(kāi)發(fā)出一種開(kāi)創(chuàng)性的3D纏繞技術(shù)，這臺(tái)纏繞機(jī)的技術(shù)核心來(lái)自由曼徹斯特大學(xué)教授PrasadPotluri提出的9軸自動(dòng)纏繞理念，實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)表明，用這種技術(shù)纏繞一塊飛機(jī)翼梁，僅需數(shù)分鐘的時(shí)間。這臺(tái)3D纏繞機(jī)為纏繞技術(shù)在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了新的突破，尤其是在降本增效方面對(duì)量產(chǎn)制造商們帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還提升了產(chǎn)品的強(qiáng)度、同一性和產(chǎn)品穩(wěn)定性[34]。

3.2 復(fù)合材料整體化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

易于大面積整體成型是復(fù)合材料的一大優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)采用整體化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要包括：隱身，減重和降低裝配成本。因此，發(fā)展整體化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)一直是無(wú)人機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研究的主要方向。目前無(wú)人機(jī)復(fù)合材料整體化設(shè)計(jì)制造最典型的應(yīng)用是飛翼式總體布局的翼身融合結(jié)構(gòu)，如 X-45系列、X-47系列無(wú)人機(jī)。如圖11以 X-47A為例，其翼展達(dá) 8.47 m，機(jī)身長(zhǎng) 8.5 m，整個(gè)外形呈“菱形”，整體復(fù)合材料蒙皮沿中心線分為四大塊，兩塊上蒙皮和兩塊下蒙皮，都是一體化成型，故此翼身光滑過(guò)渡，大大減小了雷達(dá)反射面積[1]。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體化目標(biāo)主要通過(guò)共固化、共膠接或二次膠接等技術(shù)手段結(jié)合先進(jìn)的纖維鋪設(shè)方法與成型工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖12所示的復(fù)合材料整體機(jī)翼盒段，翼梁與下蒙皮共固化，上蒙皮采用泡沫夾層結(jié)構(gòu)以提高受壓穩(wěn)定性，上部夾層壁板與下部整體壁板分別固化后再二次膠接形成整體結(jié)構(gòu)[1]。這種成型方式在很大程度上減小了零件數(shù)量、緊固件數(shù)量及整體質(zhì)量，并能形成連續(xù)過(guò)渡的光滑表面，從而起到較好的隱身效果。此外，采用蒙皮與桁條、筋、肋的共固化成型、機(jī)翼與油箱的共固化成型、機(jī)身與垂尾、平尾的共固化成型在無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。

圖 11 X-47A“天馬”無(wú)人作戰(zhàn)飛機(jī)[1]Fig. 11 X-47A “Tian Ma”unmanned combat aircraft[1]

圖 12 整體復(fù)合材料機(jī)翼盒段示意Fig. 12 Integral composite wing box section hint

采用復(fù)合材料整體成型技術(shù)的主要難題是所使用的模具較復(fù)雜，成本較高，因此要注意分體模和整體模及模具定位組合的合理設(shè)計(jì)，還要注意低成本模具材料和制造技術(shù)的應(yīng)用。然而，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體化程度需要適度，否則容易增加制造過(guò)程中的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，造成后期維修的困難，反而不利于成本的降低。

3.3 結(jié)構(gòu)/功能一體化成型技術(shù)

結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料主要包括結(jié)構(gòu)吸/透波一體化、結(jié)構(gòu)/防彈一體化、結(jié)構(gòu)/防熱一體化、結(jié)構(gòu)/導(dǎo)電一體化、結(jié)構(gòu)/阻尼一體化、結(jié)構(gòu)/智能一體化等復(fù)合材料。通過(guò)將結(jié)構(gòu)材料和功能性材料共固化成型，能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低總工藝成本。針對(duì)不同需求的無(wú)人機(jī)優(yōu)先發(fā)展相應(yīng)的結(jié)構(gòu)功能一體化技術(shù)。

隨著中高速的無(wú)人偵察機(jī)和察打一體機(jī)隱身性能要求越來(lái)越高，除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)隱身設(shè)計(jì)外，對(duì)結(jié)構(gòu)吸/透波一體化復(fù)合材料需求也越來(lái)越迫切。目前已經(jīng)發(fā)展了以高強(qiáng)玻璃纖維、石英纖維和芳綸作為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧、氰酸酯和雙馬為樹(shù)脂基體的輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)/透波一體化復(fù)合材料體系，建立了完整的結(jié)構(gòu)/透波一體化復(fù)合材料力學(xué)性能和透波性能數(shù)據(jù)庫(kù)，所制備的天線罩具有較高的雷達(dá)波透過(guò)率和較小的副瓣，在各種飛行器、地面通訊站、艦船和車(chē)輛等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)/吸波一體化功能復(fù)合材料研究方面，已經(jīng)形成了層合和夾層結(jié)構(gòu)2大類(lèi)結(jié)構(gòu)吸波一體化復(fù)合材料，長(zhǎng)期使用溫度達(dá)到170 ℃，并在新型隱身裝備吸波結(jié)構(gòu)中得到大量應(yīng)用，明顯提高了裝備的生存能力[35]。

結(jié)構(gòu)防彈一體化復(fù)合材料具有高的防護(hù)效能，適用于造價(jià)較高的中高速察打一體無(wú)人機(jī)。目前得到型號(hào)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)防彈材料主要為有機(jī)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，且主要用在坦克、裝甲車(chē)和單兵防護(hù)上。其中，芳綸纖維增強(qiáng)抗彈復(fù)合材料在美國(guó)M1系列、俄羅斯T80坦克中得到廣泛應(yīng)用。超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)抗彈復(fù)合材料更多用于裝甲車(chē)輛抗爆轟與二次效應(yīng)防護(hù)內(nèi)襯和人體裝甲。PBO 纖維作為抗彈功能復(fù)合材料主要用于裝甲車(chē)輛、戰(zhàn)斗機(jī)和艦船，美國(guó)“橡樹(shù)林國(guó)家實(shí)驗(yàn)室”還將PBO纖維增強(qiáng)抗彈功能復(fù)合材料用于單兵防護(hù)服[36]。

對(duì)于馬赫數(shù)2以上的高超音速無(wú)人機(jī)，需要在結(jié)構(gòu)層的外面增加熱防護(hù)層以防護(hù)機(jī)體不受飛行過(guò)程中產(chǎn)生的高熱量破壞。此時(shí)，采用結(jié)構(gòu)防熱功能復(fù)合材料能夠在結(jié)構(gòu)制備時(shí)一次性將結(jié)構(gòu)和熱防護(hù)層共固化成型。熱防護(hù)層一般選用酚醛樹(shù)脂體系，目前經(jīng)歷了高硅氧/酚醛、碳/酚醛和先進(jìn)碳/酚醛3代材料的研發(fā)，并發(fā)展了手糊、預(yù)浸料模壓和纏繞3類(lèi)工藝，基本實(shí)現(xiàn)了樹(shù)脂基防熱功能復(fù)合材料低燒蝕速率和燒蝕形貌控制，滿足了高性能再入飛行器、高超音速戰(zhàn)斗機(jī)、無(wú)人機(jī)甚至高性能固體發(fā)動(dòng)機(jī)等航天航空器的熱防護(hù)需求[37]。

結(jié)構(gòu)導(dǎo)電復(fù)合材料的研發(fā)主要用于防雷擊和電磁屏蔽。中航復(fù)材公司的益小蘇教授提出的層間功能化的思路來(lái)制備結(jié)構(gòu)-導(dǎo)電一體化復(fù)合材料，在不影響現(xiàn)有的材料體系和成型工藝的情況下，可以同時(shí)提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性和抗沖擊性能，賦予復(fù)合材料高韌性和整體高導(dǎo)電性，并且可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用易于進(jìn)行導(dǎo)電性分布設(shè)計(jì)和區(qū)域選擇性增韌[38]。結(jié)構(gòu)導(dǎo)電復(fù)合材料適合用在高空長(zhǎng)航時(shí)的無(wú)人機(jī)上進(jìn)行防雷擊和靜電防護(hù)。

結(jié)構(gòu)/阻尼一體化復(fù)合材料是將高阻尼材料添加到結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部形成的一種新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)件既具有較高的剛度和強(qiáng)度，又具有較高的結(jié)構(gòu)阻尼、承重和減振作用。應(yīng)用實(shí)踐表明，將結(jié)構(gòu)/阻尼一體化復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用于航空航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，尤其是直升機(jī)的旋翼等高頻動(dòng)部件上，可有效增大結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼比，大幅降低其共振響應(yīng)，極大地改善結(jié)構(gòu)上儀器設(shè)備的工作環(huán)境，對(duì)提高裝備的命中精度、延長(zhǎng)裝備工作壽命、保障其工作效能有良好的效果[39]。結(jié)構(gòu)/阻尼一體化復(fù)合材料適合用在無(wú)人直升機(jī)的減振。

以智能材料、智能結(jié)構(gòu)為前提的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)技術(shù)目前在國(guó)外已進(jìn)行了多年研究，并明確提出要在未來(lái)的U-CAV上應(yīng)用。這方面的內(nèi)容主要包括復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控、智能蒙皮、自適應(yīng)柔性機(jī)翼、顫振主動(dòng)抑制等項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展研究，其中很有應(yīng)用前景的應(yīng)是能大幅度提高升阻比的自適應(yīng)柔性復(fù)合材料機(jī)翼的發(fā)展研究[40]。

3.43D 打印增材成型技術(shù)

3D打印技術(shù)又叫增材制造或快速成型，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉、絲、塊等形狀的金屬或塑料，并輔以黏合材料或熱源，通過(guò)逐層堆疊累積的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械加工在原材料毛坯上做“減法”的加工方式恰恰相反，3D打印技術(shù)是不斷添加原材料做著“加法”，最終得到預(yù)期的零部件。美國(guó)作為無(wú)人機(jī)研究領(lǐng)域的急先鋒和集大成者，大到捕食者，小到微星都有 3D打印技術(shù)的參與。其中，在洛馬 P-175復(fù)合材料無(wú)人機(jī)的研制中，碳納米管和基體粉末在輸送過(guò)程中由激光燒結(jié)成型機(jī)體結(jié)構(gòu)。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正與洛馬合作開(kāi)發(fā)低成本的熔融沉積成形（FDM）機(jī)床，實(shí)現(xiàn)大型無(wú)人機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)（18～30 m）的增材制造[41]。同時(shí)，俄羅斯、以色列、日本、印度等國(guó)家也將 3D打印技術(shù)生產(chǎn)制造無(wú)人機(jī)作為事裝備發(fā)展的重點(diǎn)之一。

3.5 低成本制造工裝技術(shù)

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量以及制造成本與其制造工裝密切相關(guān)，理想的復(fù)合材料制造工裝特點(diǎn)應(yīng)該是高精度、高剛度、便于使用，抗高壓、無(wú)滲漏，不損壞零件，尤其重要的兩點(diǎn)是工裝材料與零件材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）匹配以及成本低廉。通用的工裝材料主要有鋁、鋼、殷鋼、各類(lèi)樹(shù)脂基復(fù)合材料，其中殷鋼和復(fù)合材料本身因其較低的CTE，非常適合航空結(jié)構(gòu)件制造，但其制造成本和固化能耗往往不夠理想。

目前在航空復(fù)合材料制造領(lǐng)域，針對(duì)熱壓罐固化和OoA固化，國(guó)外發(fā)展出了多種新工裝材料和新工裝技術(shù)，以改進(jìn)工藝、減少時(shí)間、降低能耗、節(jié)約成本，這些技術(shù)都可以用于并且部分已經(jīng)用于無(wú)人機(jī)的制造中。美國(guó)試金石實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了一種電加熱工裝（EHT），一種用于OoA工藝的自加熱泡沫（CFOAM）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論對(duì)于平滑的還是復(fù)雜的工裝外形，該工裝的機(jī)械屬性都與標(biāo)準(zhǔn)的熱壓罐固化工裝相當(dāng)[42]。在X-45機(jī)翼生產(chǎn)中，按肋條、桁條、電氣線路及其他機(jī)翼部件切削加工出模具，然后模塑出整體泡沫芯子。固化后，泡沫芯子纏繞纖維，放入由玻璃纖維E-布制成模具進(jìn)行樹(shù)脂注射，最后固化，機(jī)翼從工裝取下進(jìn)行裝配。

3.6 快速低成本的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)

復(fù)合材料由于自身的成型工藝特點(diǎn)，制造過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種缺陷。此外，在復(fù)合材料的加工和使用過(guò)程中，也可能產(chǎn)生脫膠、疏松、分層、表面劃傷、孔邊損傷、沖擊損傷、戰(zhàn)傷、裂紋等各類(lèi)損傷。國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)資料表明，在飛機(jī)全壽命費(fèi)用中，使用和維護(hù)保障費(fèi)高達(dá)50%以上。軍用無(wú)人機(jī)的數(shù)量巨大，且在大面積采用復(fù)合材料后，常因參戰(zhàn)而出現(xiàn)劃傷、裂紋、斷裂、穿孔等結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象，嚴(yán)重影響其再次出動(dòng)，降低空軍的戰(zhàn)斗力。無(wú)人機(jī)上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的修理問(wèn)題變得尤其突出。NASA調(diào)研結(jié)論也指出，阻礙復(fù)合材料進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的主要問(wèn)題之一是復(fù)合材料的修理問(wèn)題，包括修理方法、修理成本、修理用料的供應(yīng)和貯存等具體問(wèn)題。

對(duì)無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)修理的一般要求為：（1）滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)完整性；（2）氣動(dòng)外形變化要小，保證原構(gòu)件表面光滑；（3）修理增重小，操縱舵面滿足質(zhì)量平衡要求;（4）修復(fù)使用功能；（5）修理時(shí)間短，以滿足使用要求；（6）修理費(fèi)用成本低。根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷的類(lèi)型與大小，復(fù)合材料構(gòu)件的修理采用不同的方法。最常用的包括機(jī)械連接補(bǔ)貼、樹(shù)脂注射、材脂灌注和填充、膠接貼補(bǔ)和挖補(bǔ)等[43]。

雖然近30年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理方面開(kāi)展了一系列有益的工作，然而仍有很多不如人意的地方，比如工藝復(fù)雜不利于外場(chǎng)修理、快速修理技術(shù)成熟度不高、修理強(qiáng)度恢復(fù)率低、修復(fù)結(jié)構(gòu)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。這些障礙的逾越有賴(lài)于材料、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的共同進(jìn)步，但可以預(yù)見(jiàn)的是，隨著復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理技術(shù)一定會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

4 國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用存在的問(wèn)題

目前以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化為目標(biāo)的自動(dòng)下料、鋪帶、鋪絲工藝，以減少裝配為目標(biāo)的整體共固化設(shè)計(jì)與成型工藝，以擺脫熱壓罐設(shè)備為目標(biāo)的液體成型、低溫低壓固化及電子束固化工藝等低成本復(fù)合材料技術(shù)在國(guó)內(nèi)均做了跟進(jìn)研究，但鑒于國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)技術(shù)比較薄弱，設(shè)計(jì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)欠缺，并且相關(guān)設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口，就目前國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，上述低成本措施還未真正達(dá)到低成本目的。國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，人工成本、先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)狀態(tài)的差異是導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外復(fù)材產(chǎn)品成本因素差異的重要原因，同時(shí)也正是自動(dòng)化等低成本措施在國(guó)內(nèi)收效甚微的原因所在[44]。

國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用存在的問(wèn)題主要有：

（1）復(fù)合材料應(yīng)用技術(shù)和數(shù)據(jù)資料主要在集中在體制內(nèi)各單位，彼此嚴(yán)格保密，沒(méi)有形成必要的交流和共享機(jī)制，設(shè)計(jì)余量和成型工藝比較保守，以完成型號(hào)任務(wù)為首要原則，低成本意識(shí)淡薄。

（2）原材料研發(fā)能力弱，抄襲嚴(yán)重，品種單一，質(zhì)量不穩(wěn)定，重要原材料依賴(lài)進(jìn)口，采購(gòu)周期長(zhǎng)，成本居高不下。

（3）工藝生產(chǎn)設(shè)備和工裝模具自主開(kāi)發(fā)能力差，尤其是自動(dòng)化設(shè)備依賴(lài)進(jìn)口，購(gòu)置和使用費(fèi)用高；保定550廠和昌飛公司從法國(guó)購(gòu)買(mǎi)的翼面自動(dòng)模壓生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)效率大大提高，產(chǎn)品合格率接近100%，但單套設(shè)備就高達(dá)2000萬(wàn)元以上。

（4）對(duì)于液體成型、電子束固化和VBO等低成本工藝，目前國(guó)內(nèi)預(yù)研投入不足，經(jīng)驗(yàn)欠缺，應(yīng)用案例相對(duì)匱乏，需要進(jìn)一步加強(qiáng)應(yīng)用研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料在國(guó)內(nèi)外的無(wú)人機(jī)上得到了越來(lái)越廣泛應(yīng)用。其中，國(guó)內(nèi)的研究和應(yīng)用水平與國(guó)外相比還存在不小差距。從國(guó)內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)出發(fā)，在對(duì)設(shè)備要求較高的自動(dòng)化技術(shù)無(wú)法達(dá)到低成本目標(biāo)的條件下，積極發(fā)展各種液體成型技術(shù)、

BVO-OoA材料及工藝和傳統(tǒng)模壓工藝的研發(fā)和工程應(yīng)用實(shí)踐、堅(jiān)持以工藝可行性和穩(wěn)定性為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是降低復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成本，加快我國(guó)復(fù)合材料在無(wú)人機(jī)行業(yè)應(yīng)用步伐的可行途徑。