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碳纤维无人机与无线通信技术应用
 
http://www.tianyueo.com  发布时间:2017-08-02 19:54  责任编辑:正义之声
 
 
  随着科学技术的发展和经济水平的提高,小型无人机的制造成本降低,逐渐从军用领域延伸到了大众消费领域,作为一种商品进入了消费者的视野。拒不完全统计,截至2016年我国已有大约400家民用无人机制造企业。在小型无人机的系统中,通信系统关系到其飞行稳定与安全,碳纤维材料技术决定了机体的结构稳定、抗冲击性等具体性能,二者直接关系到小型无人机的功能,对小型无人机的发展起到了至关重要的作用。
  1、碳纤维材料技术在小型无人机中的应用

  碳纤维材料是一种新型材料,它同时具备了碳材料的强抗压性和纤维材料的柔软,比头发丝还要细一百倍。碳纤维材料是由石油和化纤经过特殊工艺而制得,耐腐蚀、韧度强、质量轻,在民用和军工方面都得到了广泛的利用。碳纤维材料同时也是小型无人机所使用的重要材料,对小型无人机保持稳定性能起到了至关重要的作用。小型无人机中应用的碳纤维材料以T300为主,经过不断的开发研究,碳纤维复合材料在飞机承重结构中的应用也越来越成熟。波音787和空客A380的成功研制,标志着碳纤维复合材料进入低成本发展态势,在飞机结构中的占比越来越大,其广泛应用呈现出不可阻挡的趋势。 

  在我国,碳纤维材料技术发展日益成熟,市场前景广阔,英特力新材料公司不惜斥巨资投资这个产业,初步形成了批量生产的规模。目前,随着行业规模的扩大以及小型无人机的发展,碳纤维复合材料在小型无人机中的使用也得以加强,促进了我国小型无人机自主生产能力的提高。但从长远来看,英特力新材料认为我国碳纤维材料技术在小型无人机中的应用,仍然存在一定的局限性。自主研发碳纤维材料技术,需要从以下几方面寻求突破:

  (1)研发与鉴定方面。在研发与鉴定碳纤维复合材料时,传统的比较标准主要是比强度和比刚度两方面,因而忽略了碳纤维材料的其他性能的发展。在应用于小型无人机的制造过程中,碳纤维材料是复合材料的主要部分,但不是全部,因此必须考虑到碳纤维材料与其他材料的融合性以及匹配程度。在研发与鉴定过程中,除了关注碳纤维材料本身的抗拉伸强度和抗拉伸模量等指标外,还需要对飞机结构中复合材料的完整性能进行测评,从这个角度出发,来研发更加契合小型无人机发展所需要的碳纤维复合材料。

  (2)碳纤维复合材料结构设计方面。作为一种新型的复合材料,碳纤维复合材料与发展成熟、工艺精湛的金属材料相比,在性能特点以及材料机理上都有着天壤之别,因此在结构设计上也应当有所区分,不能生搬硬套金属材料的结构。否则的话,生产出来的碳纤维复合材料可能在性能、状态上远不如金属结构,或者成本超出用户的可接受范围,而不能投放市场。碳纤维复合材料能否在小型无人机上得到更加广泛的使用,其关键就在于能否研发出结构更加优化、性能更加稳定的复合材料,使得碳纤维材料能取代金属材料。目前山东英特力新材料公司率先研发成功,并建立相关技术团队,在国内已处于领先地位。

  (3)抗冲击性能要求。小型无人机在飞行过程中,抗冲击性能始终是最让人关心的问题。而在碳纤维材料中,薄蒙皮与中厚蒙皮性能存在一定的差异,因而需要区分开二者的抗冲击性性能评价标准。小型无人机的构造体系比较复杂,不同的结构应当使用不同的复合材料,所使用的碳纤维材料因而也要有所区别。为了满足小型无人机的整体需求,要对碳纤维材料技术进行整体的改造升级,根据不同结构的不同需求进行综合评定,再确定相应的性能标准。

 (4)成本控制。碳纤维材料要得到更进一步的广泛使用,成本控制是绕不开的环节。这其中包括降低碳纤维材料的制造成本,降低复合材料的制造成本,以及降低成型技术的制造费用,通过技术改造升级等方式,将碳纤维材料的成本控制在适度范围内。

 
 
  2、无线通信技术在小型无人机中的应用

  无线通信技术是指利用电磁波进行信息传输的通讯技术手段。现代社会正朝着信息化、网络化、智能化方向发展,传统的通讯方式已经远不能满足人们对信息收集与传递的需求。无线通信技术就是在这样一种时代背景下应运而生。无线通信技术经历了从长波、中波再到短波通信的发展历程,应用范围也在不断扩大之中。通信系统是小型无人机操作系统中最重要的组成部分之一,直接关系到小型无人机性能的发挥。无线通信技术在小型无人机中的广泛使用,推动了小型无人机实现全自主飞行控制。以下山东英特力新材料有限公司将具体介绍小型无人机中无线通信技术的具体应用。

  (1)通信系统的功能需求。小型无人机通信系统在前期开发过程时期,地面通信控制系统主要包括飞行轨迹规划、状态监测、无人机模拟飞行三大平台。飞行轨迹规划平台应用GoogleEarth技术,确定小型无人机的航迹以及航行速度,并生成相应的坐标经纬度;状态监测平台由数据列表和仪表盘两部分组成,用于实时监测小型无人机的飞行状况,包括航迹、航速等数据,将数据信息及时传输到人工控制中心,已实现对小型无人机的地面操控;无人机模拟平台通过通信系统接收规划平台传送的数据信息,解析出小型无人机的航迹、坐标经纬度等信息,再将采集到的信息打包发送至地面控制中心。

  (2)小型无人机的无线通信系统框架。整个小型无人机的无线通信系统由机载控制系统和地面监测系统两部分组成。为保证小型无人机安全可靠的飞行,无线通信系统必须具备完善的信息传输通道,以实现上下行数据信息的全面传输。无人机通信系统中包括任务数据链和控制数据链两大数据链。控制数据链主要实现的是小型无人机的航迹、飞行速度等的规划,一般数据量较小;任务数据链需要在飞行过程中,实时向小型无人机发送指令,数据量相对来说要大许多。

 
 
  小型无人机的发展,具有广阔的市场前景。随着技术的进步和人们生活水平的提高,小型无人机逐步进入了大众消费者的视野,成为一项越来越普及的消费品。在小型无人机的发展进程中,碳纤维材料技术和无线通信技术的应用与创新,直接推动了小型无人机在结构设计、飞行安全、性能状态等方面的进步,对小型无人机的发展起到了至关重要的作用。随着碳纤维材料技术与无线通信技术的不断升级,小型无人机的发展必将迎来更加灿烂的明天。
 
 
 
审稿人:
红叶先生
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