淺談先進復合材料在軍用無人機上的應用動向

魯躍進

摘 要：為了適應突變加劇的信息化科技化網絡化軍事備戰世界，各國加大了對軍用無人機的研發，飛機結構逐漸出現了先進復合材料化的趨勢，在無人偵探無人作戰的新型軍用無人機之后，先進復合材料亦將廣泛運用于軍用無人機的制造上，探討研究先進復合材料在軍用無人機上的應用有利于我國在飛機制造業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，簡要談論先進復合材料在軍用無人機上的應用，以及復合材料帶來的巨大變革對我國航空制造業帶來的機遇和挑戰。

關鍵詞：先進復合材料 軍用無人機 挑戰

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

為了適應當今高科技、高強度的高信息化作戰以及適應越來越依靠網絡中心作戰環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、無人作戰的新一代軍用機，目前已有三十多個國家對此進行研發，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。在無人機的研發研制上，美國走在了世界領先水平上，現已發出了空軍與海軍的新型驗證機。在信息化科技化程度越發普及的今天，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斗機（符合4S標準的超機動性、超音速巡航、隱身能力、高級戰役意識和效能的航空器）F-22猛禽、F-35、殲-20、T-50，成為第五代戰斗機馳騁于戰場。

1 先進復合材料

早在波音787夢幻飛機大面積使用復合材料以減輕飛機重量并且使得其創新設計理念得以實現之后，復合材料的使用便在制造業掀起了軒然大波，成為具有跨時代意義的制造業材料革命的代表和先鋒。先進復合材料具有比強度比模量高、可設計性強、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能優越以及便于大面積整體成型等顯著優點[1]，在國內外航天航空制造業上得到了廣泛的應用。先進復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中越來越實用的方法。在先進復合材料中，金屬基復合材料具有低消耗且容易加工成型的優良性能；陶瓷基復合材料和碳復合材料在耐熱上有著強而穩定的性能；先進樹脂基復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性特征成為軍用飛機制造、民用飛機以及航空航天制造業的普及材料。

2 先進復合材料在軍用無人機上的運用現狀

2.1 國外現狀

早在1990年美國研制第四代戰斗機F-22時，其復合材料的用量便達到了25%[2]，1995年的RAH-66復合材料用量為51%，1997年俄羅斯S-37采用復合材料用量高達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合材料的生產和研制，目前，德國蒂森克虜伯集團在德累斯頓開設了一家碳復合材料技術中心，用于設計、模擬和生產碳纖維復合材料零部件。這也是全球航空航天制造業輕量化趨勢的發展要求。

2.2 我國現狀

1985年由官方購進了法國復合型材料制造的“海豚”，并取得了生產專利權，經過專家以及相關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國產化的復合型材料制造的飛機，此后，復合材料在我國航天航空以及軍事領域得以廣泛運用且及受推崇[3]。2007年在上海組織的軍演中，中國自主研發的飛豹戰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，經過改進，對復合材料進行優化使其性能得到了質的提高[4]。這是對中國科研堅持自主研發艱難的肯定，也是我國戰機研發邁向國際化水平的重大標志。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，將為我國作戰時完成戰區偵查、了解戰場態勢、執行監視任務獲取實時情報等提供極其重要的高信息化技術手段，將極大滿足我國未來作戰的需求。但不得不提出，我國無人機研發起步較晚，目前尚處于初級階段，近年來雖然增強了樹脂基復合材料的應用以取代玻璃鋼材料，但由于大多關鍵起決定性的復合材料還依賴于進口，使得先進復合材料在無人機上的應用受到了限制。歷年來國家加大了對軍用設施研究的財政投入和技術人員的培訓培養，預期中國先進復合材料在無人作戰機上的運用將在數年內取得實質性進展。

3 先進復合材料的運用前景

（1）無人機結構的復合材料化趨勢。鑒于各國對復合材料在無人機應用上的重視，復合材料的采用量已達到35%左右，甚至出現了全復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，所耗費的復合材料也會相對增多，無人機結構開始走向復合材料化趨勢。

（2）設計鑒定規范化與設計制造一體化。設計鑒定與設計制造的標準化、文件化、規范化，能夠有效降低風險，降低成本。國外在復合材料應用過程中將試驗和分析結合起來，編制了全行業的技術標準，以便于最終產品一致性的改進。

（3）制造技術的自動化。采用自動鋪放技術，實現部分機體構件的機械化和自動化，進而有利于提高生產效率，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。大力發展復合材料本身就是在追求低成本制造，但由于目前相關制造技術依然不夠完善，在其運用和制造中依舊存在著浪費的現象，可采用RTM（樹脂轉移模塑成型技術）技術盡量將浪費降低到最小。

4 結語

現階段我國在無人機以及航天航空制造業等運用復合材料技術尚處于起步極端，相關技術手段有待于提高，雖然取得了一定的成績但存在的問題依然很多。想要我國在復合材料未來的領域中獨樹旗幟，這就需要我們建立和完善相關復合材料生產技術和實際操作研發基地，努力培養大量的專業人才，改變落后傳統的思想，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，我國一定會在復合材料運用于軍用無人機的自主開發研制上取得重大的突破與創新，以完善健全我國未來軍用設備設施，保障國家的安全。

參考文獻

[1] 宋超，李勇，還大軍.先進復合材料在無人機上的應用[C]//航空航天科技創新與長三角經濟轉型發展論壇論文集，2012.

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

[3] 沈軍，謝懷勤.先進復合材料在航空航天領域的研發與應用[J].材料科學與工藝，2008（5）：737-740.

[4] 范玉青.現代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001：45-60.

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