低空經(jīng)濟環(huán)境下，如何制造一架合格的碳纖維無人機？
近兩年有一個詞被頻繁提起，它就是“低空經(jīng)濟”，低空經(jīng)濟是以各種有人駕駛和無人駕駛航空器的各類低空飛行活動為牽引，輻射帶動相關(guān)領(lǐng)域融合發(fā)展的綜合性經(jīng)濟形態(tài)。低空經(jīng)濟作為傳統(tǒng)經(jīng)濟的拓展，具備較好的發(fā)展前景，在低空經(jīng)濟環(huán)境下，無人機是核心關(guān)鍵要素之一。當(dāng)下使用的無人機有民用和軍用兩大方向，而制作無人機的材料從金屬到特種塑料均包羅其中，而碳纖維無人機作為輕量化優(yōu)勢更明顯的一種，具有極大的應(yīng)用價值。智上新材料作為碳纖維制品的生產(chǎn)廠商，在碳纖維無人機方面也有不少生產(chǎn)制造的經(jīng)驗，可以淺談一下，如何制造一架合格的碳纖維無人機。
碳纖維無人機的減重效果有何作用？
開篇就提到，碳纖維無人機的輕量化優(yōu)勢非常明顯，碳纖維復(fù)合材料的密度約為1.7g/cm3，相比于鋁合金更輕，卻擁有極高的機械強度和模量。不管是大飛機，還是無人機，想要在性能保持不變的前提下減輕自重，都需要從制造材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計等多角度進行大量的實驗和驗證，而碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)被證實具備這樣的優(yōu)勢。碳纖維復(fù)合材料給無人機帶來的減重效果可以帶來何種效應(yīng)，不妨接著往下看。
1、提高負(fù)載能力：自重減重，有效負(fù)載能力提升，更大的升力便于攜帶更大體積和重量的傳感器、相機和其他設(shè)備。
2、改善飛行能力：自重減輕后，可攜帶的能源總量提升，可以改善自身飛行能力，如更長飛行時間、距離和速度等。
3、降低變形風(fēng)險：碳纖維自身的剛度和強度都比較高，飛行時可以承受更大的空氣阻力，降低結(jié)構(gòu)變形的風(fēng)險。
碳纖維無人機在機械性能上有什么優(yōu)勢？
碳纖維復(fù)合材料制成的無人機可不僅僅在減重方面具有先天的優(yōu)勢，比普通塑料高出好幾個數(shù)量級的機械性能同樣可以幫助無人機在戶外工作時，帶來更出色的表現(xiàn)，更高效的完成各項任務(wù)。
1、抗沖擊性：碳纖維具有良好的抗沖擊性，戶外發(fā)生以外碰撞時，避免無人機結(jié)構(gòu)損傷，可有效保護核心部件完整。
2、抗疲勞性：重復(fù)應(yīng)力下，碳纖維復(fù)合材料仍然具備極好的機械性能，應(yīng)用在無人機上可以抵抗長時間使用帶來的疲勞損傷，并保持良好的尺寸精度，延長一定的使用壽命。
3、耐腐蝕性：戶外環(huán)境中，潮濕、干燥、腐蝕等自然環(huán)境混合共存，碳纖維復(fù)合材料的耐腐蝕性可以有效適應(yīng)此類環(huán)境。
4、耐候性：我國地大物博，氣候類型多樣，高原湖泊、雪原叢林、沙漠戈壁、海洋丘陵，碳纖維無人機的耐候性在多種氣候地域可以發(fā)揮巨大的作用。
5、減振性：碳纖維復(fù)合材料具有不錯的吸能作用，在F1賽車上已有案例，而碳纖維無人機同樣具備不錯的吸能減振效果，可以保持飛行的穩(wěn)定性，同時提高傳感器的精度，以獲得高質(zhì)量的圖像和數(shù)據(jù)。
6、熱穩(wěn)定性：碳纖維復(fù)合材料具有一定的耐高溫性，主要取決于樹脂基體，碳纖維無人機在高溫狀態(tài)下可保持較好的工作狀態(tài)，另外在低溫環(huán)境下同樣能保持穩(wěn)定的性能。
如何制造一架合格的碳纖維無人機？
一架符合使用標(biāo)準(zhǔn)的碳纖維無人機，需要從需求方面入手，設(shè)計合理的外形和結(jié)構(gòu)，選用性能可靠的原材料，采用完整的生產(chǎn)工藝，并進行嚴(yán)格的性能測試后，才能實現(xiàn)預(yù)想中的各項功能。
1、設(shè)計階段：收集需求和功能，使用CAD等工具進行3D建模，確定外觀形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
2、材料選擇：根據(jù)性能要求，選擇對應(yīng)碳纖維和樹脂類型，根據(jù)工藝選擇碳纖維預(yù)浸料加工方式，另外準(zhǔn)備好對應(yīng)的模具。
3、預(yù)浸料裁切：根據(jù)無人機部件的尺寸，對碳纖維預(yù)浸料進行初步的裁切，方便后續(xù)鋪層和加工。
4、預(yù)浸料鋪層：根據(jù)對應(yīng)尺寸（長度、寬度和厚度），進行碳纖維預(yù)浸料的鋪層，并在轉(zhuǎn)角處優(yōu)化鋪層，避免這些部位覆蓋不完全，影響成型后的性能。
5、預(yù)浸料固化成型：將鋪層好的預(yù)浸料，連同模具內(nèi)芯（可能包含真空袋）放入外側(cè)模具中，再置入熱壓設(shè)備中，加熱加壓一段時間，讓預(yù)浸料逐漸固化成型。
6、外觀修整：固化成型后，先進行脫模處理，確保碳纖維紋路正常無誤后，再對碳纖維無人機零部件雛形進行外觀修整處理，去除毛刺和凸點，填補凹坑和空隙，后續(xù)還需要進行打磨和拋光。
7、無人機組裝：將碳纖維無人機零部件組裝成整體，檢查結(jié)構(gòu)無誤后，再將其他部件（如飛行控制器、傳感器、電池模組等）一一安裝到位，根據(jù)結(jié)構(gòu)進行排線并優(yōu)化，后續(xù)根據(jù)功能安裝其他模塊（如相機等）。
8、無人機測試：先測試基礎(chǔ)模組功能是否正常，包括電機、傳感器、電子設(shè)備和電路等；再測試飛行能力，可進行低空短時間飛行觀測，檢查穩(wěn)定性；后續(xù)還要根據(jù)使用需求優(yōu)化飛行性能，提升飛行安全性和飛行時間等。
制造一架合格的碳纖維無人機需要很長的時間，如果單從碳纖維預(yù)浸料鋪層到固化這個階段來說，最快也要3天時間，而且隨著無人機體型的擴大，加工時間還會不斷增加。智上新材料先前生產(chǎn)加工的碳纖維無人機有多旋翼和固定翼結(jié)構(gòu)，但都是體型較小的類型，而軍用彩虹無人機的生產(chǎn)周期更長，生產(chǎn)成本更高。不過隨著國內(nèi)碳纖維產(chǎn)能的井噴，民用和軍用碳纖維無人機生產(chǎn)成本逐漸攤薄，生產(chǎn)周期也隨著加工技術(shù)的升級和現(xiàn)代化設(shè)備的加入逐漸縮短，可以預(yù)測國內(nèi)的低空經(jīng)濟將會有非常明朗的未來。
