무인항공기(UAV)는 일반적으로 "드론"으로 불리며 사람 조종사가 탑승하지 않고 무선 원격 제어 및 내장 프로그래밍 제어 시스템을 사용하여 작동하거나 내장 컴퓨터를 통해 완전 또는 간헐적으로 자율적으로 작동하는 항공기를 말합니다. . 새로운 유형의 항공기인 드론은 운영 요구 사항 및 임무 목표 측면에서 유인 항공기와 다릅니다. 드론은 일반적으로 저비용, 경량 구조, 높은 스텔스 기능, 긴 비행 시간, 높은 보관 수명을 요구합니다. 무인 전투기의 경우 높은 기동성과 상당한 과부하 용량에 대한 요구 사항도 있습니다.

고비강도, 고비계수, 강한 의장성, 우수한 내피로성, 향상된 스텔스 성능, 긴 수명, 우수한 충격흡수성 등 복합재료의 특성으로 인해,대부분의 드론 구조는 복합 재료로 만들어집니다. 여기에는 동체, 날개, 수평 안정판, 수직 안정판, 꼬리 지지대, 조종면 및 착륙 장치와 같은 구성 요소가 포함됩니다.

드론 구조물에 복합재료를 적용하면 무게를 20~30% 줄일 수 있다. 현재 업계에서는 복합재료 사용량을 드론의 발전도를 측정하는 중요한 지표 중 하나로 간주하고 있으며, 일반적으로 60~80% 정도를 요구하고 있다. 그러나 미국에는 이미 복합재료의 사용률이 90%를 넘는 완전복합구조를 구현한 드론이 있다.


드론 분야에서 복합 재료의 응용에는 드론의 동체, 날개 스킨 및 앞쪽 가장자리에 폴리아크릴로니트릴(PAN) 기반 탄소 섬유와 Nomex 허니콤 재료를 광범위하게 사용하는 것이 포함됩니다. PAN계 탄소섬유시트 및 발포소재드론의 메인 빔으로 광범위하게 사용되는 폼 샌드위치 복합재 또는 PAN 기반 탄소 섬유 튜브를 만드는 데 일반적으로 사용됩니다. 케블라 섬유 소재를 프로펠러, 동체, 커넥터 등에 적용하여 피로강도와 내충격성을 대폭 강화하였습니다.

중대형 무인 항공기(UAV)의 경우 기본 하중 지지 구조는 금속으로 만들어지고, 다른 구성 요소는 복합 재료를 사용합니다. 중소형 무인기는 탄소섬유, 유리섬유, 하이브리드 소재를 사용하는 반면, 무인전투기는 탄소섬유 복합재료와 아라미드 섬유를 주로 사용한다. 소형 저속 드론은 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 종이 벌집 및 목재 재료를 사용합니다.

드론은 구조 설계 시 인간 조작자의 생리학적 한계를 고려할 필요가 없기 때문에 기동성 최적화에 더 집중할 수 있어 유인 항공기와는 다른 소재 선택이 가능합니다. 복합 재료를 사용하면 기체의 스텔스 기능이 크게 향상됩니다.

첫째, 폴리머는 비전도성이므로 검출파에 대한 산란장이 형성되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 둘째, 복합재료의 적용은 구조적 완전성과 기능성을 효과적으로 결합하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 스텔스 소재를 사용하면 기체의 레이더 전파 반사를 크게 줄일 수 있습니다. 마지막으로, 복합 재료의 통합은 기체의 전반적인 무결성에 기여하여 감지파를 산란시킬 수 있는 이음새, 패스너 및 기타 불규칙성을 방지하여 스텔스를 달성하는 부드럽고 통일된 설계를 가능하게 합니다.

요약하자면, 이러한 설계 선택은 드론의 은폐를 효과적으로 향상시킵니다. 통계에 따르면 전 세계 많은 국가에서 드론에 탄소섬유를 주성분으로 하는 첨단 복합재료를 크게 활용하고 있는데, 이는 전체 구조 질량의 60~80%를 차지해 무게가 25% 이상 감소하는 결과를 낳고 있습니다. 그 결과, 초기의 비내력 설계에서 진화하여 탄소섬유 복합재료를 사용하여 드론의 내하중 구조물을 설계 및 제조하는 경우가 점점 늘어나고 있습니다.

드론용 공동 경화 복합 구조 설계는 더 나은 무게 감소, 탑재량 증가 및 내구성 연장을 목표로 합니다. 복합 재료의 경량 설계는 통합 구조 설계 및 제조에 중점을 둔 UAV 설계의 현대적인 추세입니다. 복합재료의 사용이 증가함에 따라 구조의 복잡성이 계속 증가하므로 복합재료의 잠재력을 최대한 활용하고 무게를 크게 줄이고 통합 구조를 통해 조립 관계를 단순화하는 것이 중요하며 생산 공정도 단축됩니다.

일반적으로 드론 구조는 플레이트, 빔, 리브 구성을 사용하여 형성되며 상온 접착 결합을 통해 조립됩니다. 이 공정은 플레이트의 한 면을 프레임에 접착한 후 다른 플레이트에 접착하는 것으로 시작됩니다. 여기서 접착 품질은 모니터링할 수 없습니다. 이 프로젝트의 목표는 단일 단계(중온 경화)로 벽 패널과 빔을 동시 경화하는 방법을 탐색하고 확립하는 것입니다. 이 방법은 더 높은 접착 강도, 더 높은 신뢰성, 더 짧은 조립 주기, 상당히 낮은 비용을 제공하는 동시에 비용도 절감합니다. 패스너가 필요합니다.

공중합 설계 및 제조 기술이 발전하여 높은 설계 유연성, 높은 비강도 및 높은 비탄성률과 같은 복합재료의 장점을 더 잘 활용할 수 있습니다. 이를 통해 더욱 경량화 설계가 가능해 전체적인 무게 감소, 탑재량 증가, 내구성 연장 등의 목표를 달성할 수 있습니다.

복합 재료의 적용은 비내력 및 2차 하중 지지 구성 요소에서 1차 하중 지지 구성 요소로 발전했습니다. 개발 추세는 더 크고, 더 통합적이며, 더 저렴한 솔루션으로 이동하고 있습니다. 복합 재료의 전반적인 성형 기술은 복잡하고 큰 구조에서 부품과 패스너의 수를 줄여 가볍고 효율적이며 비용 효율적인 솔루션을 달성하는 것을 목표로 합니다. 이러한 전체 성형기술 중에서는 동시경화 성형기술이 우선시되는데, 이를 통해 변형을 최소화하면서 경량의 복합부품을 만들 수 있기 때문입니다.