淺談先進復(fù)合材料在軍用無人機上的應(yīng)用動向

魯躍進

摘 要：為了適應(yīng)突變加劇的信息化科技化網(wǎng)絡(luò)化軍事備戰(zhàn)世界，各國加大了對軍用無人機的研發(fā)，飛機結(jié)構(gòu)逐漸出現(xiàn)了先進復(fù)合材料化的趨勢，在無人偵探無人作戰(zhàn)的新型軍用無人機之后，先進復(fù)合材料亦將廣泛運用于軍用無人機的制造上，探討研究先進復(fù)合材料在軍用無人機上的應(yīng)用有利于我國在飛機制造業(yè)上取得突破性的進展和跨越。本文僅以筆者自身研究為基礎(chǔ)，簡要談?wù)撓冗M復(fù)合材料在軍用無人機上的應(yīng)用，以及復(fù)合材料帶來的巨大變革對我國航空制造業(yè)帶來的機遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：先進復(fù)合材料 軍用無人機 挑戰(zhàn)

中圖分類號：TB332 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0216-01

為了適應(yīng)當(dāng)今高科技、高強度的高信息化作戰(zhàn)以及適應(yīng)越來越依靠網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)環(huán)境要求而衍生出來了新型軍用飛機——軍用無人機。作為新一代的無人偵探、無人作戰(zhàn)的新一代軍用機，目前已有三十多個國家對此進行研發(fā)，世界上已研制出軍用無人機五十多種，有五十多個國家將無人機列入了軍用裝備中。在無人機的研發(fā)研制上，美國走在了世界領(lǐng)先水平上，現(xiàn)已發(fā)出了空軍與海軍的新型驗證機。在信息化科技化程度越發(fā)普及的今天，有專家斷言，無人機將取代早已服役亦或試驗成功的第四代戰(zhàn)斗機（符合4S標(biāo)準(zhǔn)的超機動性、超音速巡航、隱身能力、高級戰(zhàn)役意識和效能的航空器）F-22猛禽、F-35、殲-20、T-50，成為第五代戰(zhàn)斗機馳騁于戰(zhàn)場。

1 先進復(fù)合材料

早在波音787夢幻飛機大面積使用復(fù)合材料以減輕飛機重量并且使得其創(chuàng)新設(shè)計理念得以實現(xiàn)之后，復(fù)合材料的使用便在制造業(yè)掀起了軒然大波，成為具有跨時代意義的制造業(yè)材料革命的代表和先鋒。先進復(fù)合材料具有比強度比模量高、可設(shè)計性強、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能優(yōu)越以及便于大面積整體成型等顯著優(yōu)點[1]，在國內(nèi)外航天航空制造業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。先進復(fù)合材料不僅僅是用于降低了飛機的重量，而是把許多功能集成到一個系統(tǒng)中越來越實用的方法。在先進復(fù)合材料中，金屬基復(fù)合材料具有低消耗且容易加工成型的優(yōu)良性能；陶瓷基復(fù)合材料和碳復(fù)合材料在耐熱上有著強而穩(wěn)定的性能；先進樹脂基復(fù)合材料則以具有比強度比模具性高、耐熱高、減震性能好、具有較強的防護力等優(yōu)性特征成為軍用飛機制造、民用飛機以及航空航天制造業(yè)的普及材料。

2 先進復(fù)合材料在軍用無人機上的運用現(xiàn)狀

2.1 國外現(xiàn)狀

早在1990年美國研制第四代戰(zhàn)斗機F-22時，其復(fù)合材料的用量便達到了25%[2]，1995年的RAH-66復(fù)合材料用量為51%，1997年俄羅斯S-37采用復(fù)合材料用量高達50%，其在減輕飛機重量的同時也大大降低了軍用飛機制造的成本。復(fù)合材料在飛機制造上的前景一片廣闊，西方各國加大了對復(fù)合材料的生產(chǎn)和研制，目前，德國蒂森克虜伯集團在德累斯頓開設(shè)了一家碳復(fù)合材料技術(shù)中心，用于設(shè)計、模擬和生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料零部件。這也是全球航空航天制造業(yè)輕量化趨勢的發(fā)展要求。

2.2 我國現(xiàn)狀

1985年由官方購進了法國復(fù)合型材料制造的“海豚”，并取得了生產(chǎn)專利權(quán)，經(jīng)過專家以及相關(guān)科研人員的不懈努力和研究，我國終于擁有了一批可以實現(xiàn)國產(chǎn)化的復(fù)合型材料制造的飛機，此后，復(fù)合材料在我國航天航空以及軍事領(lǐng)域得以廣泛運用且及受推崇[3]。2007年在上海組織的軍演中，中國自主研發(fā)的飛豹戰(zhàn)機受到了國際上的高度評價，這是由北京航空制造工程研究歷時30年，經(jīng)過改進，對復(fù)合材料進行優(yōu)化使其性能得到了質(zhì)的提高[4]。這是對中國科研堅持自主研發(fā)艱難的肯定，也是我國戰(zhàn)機研發(fā)邁向國際化水平的重大標(biāo)志。在2008年的珠海航展上，我國首次推出了無人機家族：“翔龍”高空高速無人偵探機、“天翼”無人偵察機、“暗劍”無人機。我國無人機一旦研制完成并投入量產(chǎn)，將為我國作戰(zhàn)時完成戰(zhàn)區(qū)偵查、了解戰(zhàn)場態(tài)勢、執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)獲取實時情報等提供極其重要的高信息化技術(shù)手段，將極大滿足我國未來作戰(zhàn)的需求。但不得不提出，我國無人機研發(fā)起步較晚，目前尚處于初級階段，近年來雖然增強了樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用以取代玻璃鋼材料，但由于大多關(guān)鍵起決定性的復(fù)合材料還依賴于進口，使得先進復(fù)合材料在無人機上的應(yīng)用受到了限制。歷年來國家加大了對軍用設(shè)施研究的財政投入和技術(shù)人員的培訓(xùn)培養(yǎng)，預(yù)期中國先進復(fù)合材料在無人作戰(zhàn)機上的運用將在數(shù)年內(nèi)取得實質(zhì)性進展。

3 先進復(fù)合材料的運用前景

（1）無人機結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化趨勢。鑒于各國對復(fù)合材料在無人機應(yīng)用上的重視，復(fù)合材料的采用量已達到35%左右，甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料制造的無人機。在軍事上無人機的小巧實用使得其量化程度大，所耗費的復(fù)合材料也會相對增多，無人機結(jié)構(gòu)開始走向復(fù)合材料化趨勢。

（2）設(shè)計鑒定規(guī)范化與設(shè)計制造一體化。設(shè)計鑒定與設(shè)計制造的標(biāo)準(zhǔn)化、文件化、規(guī)范化，能夠有效降低風(fēng)險，降低成本。國外在復(fù)合材料應(yīng)用過程中將試驗和分析結(jié)合起來，編制了全行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以便于最終產(chǎn)品一致性的改進。

（3）制造技術(shù)的自動化。采用自動鋪放技術(shù)，實現(xiàn)部分機體構(gòu)件的機械化和自動化，進而有利于提高生產(chǎn)效率，降低廢物率，起到很好的降低制造成本的作用。

（4）降低制造成本。大力發(fā)展復(fù)合材料本身就是在追求低成本制造，但由于目前相關(guān)制造技術(shù)依然不夠完善，在其運用和制造中依舊存在著浪費的現(xiàn)象，可采用RTM（樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型技術(shù)）技術(shù)盡量將浪費降低到最小。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段我國在無人機以及航天航空制造業(yè)等運用復(fù)合材料技術(shù)尚處于起步極端，相關(guān)技術(shù)手段有待于提高，雖然取得了一定的成績但存在的問題依然很多。想要我國在復(fù)合材料未來的領(lǐng)域中獨樹旗幟，這就需要我們建立和完善相關(guān)復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)和實際操作研發(fā)基地，努力培養(yǎng)大量的專業(yè)人才，改變落后傳統(tǒng)的思想，加大對其科研的投入和支持；同時要加強與國際間的交流與合作，相信不久的將來，我國一定會在復(fù)合材料運用于軍用無人機的自主開發(fā)研制上取得重大的突破與創(chuàng)新，以完善健全我國未來軍用設(shè)備設(shè)施，保障國家的安全。

參考文獻

[1] 宋超，李勇，還大軍.先進復(fù)合材料在無人機上的應(yīng)用[C]//航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展論壇論文集，2012.

[2] 陳紹杰.淺談復(fù)合材料與整體成型技術(shù)[J].高科技纖維與應(yīng)用，2005（1）：6-9，20.

[3] 沈軍，謝懷勤.先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝，2008（5）：737-740.

[4] 范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：45-60.

[5] （美）T.G古托夫斯基，著.先進復(fù)合材料制造技術(shù)[M].李宏運，等，譯.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.