淺談碳纖維在NASA無人機(jī)中的新應(yīng)用
2021年6月3日 09:43瀏覽：2000
美國宇航局（NASA）的“機(jī)智”號(hào)太陽能小型雙旋翼無人機(jī)于于美東時(shí)間2021年4月19日凌晨3時(shí)34分在火星上升空，本次飛行最高高度達(dá)10英尺，并保持穩(wěn)定盤旋30秒，之后開始下降，并在火星表面著陸，飛行共經(jīng)歷39.1秒。根據(jù)美東時(shí)間當(dāng)日上午6時(shí)46分，通過“毅力”號(hào)火星探測器向地球傳回的數(shù)據(jù)顯示，該架無人機(jī)順利完成了首次飛行任務(wù)，這也是首架在其他星球上完成動(dòng)力飛行的旋翼飛機(jī)。
“機(jī)智”號(hào)無人機(jī)能夠順利完成火星上的飛行任務(wù)，這與碳纖維復(fù)合材料優(yōu)異的材料性能密切相關(guān)。
國內(nèi)碳纖維零部件制造商智上新材料為眾多無人機(jī)品牌提供碳纖維零部件的來圖定制服務(wù)，其就碳纖維無人機(jī)零部件的基本特征對(duì)NACA雙旋翼無人機(jī)進(jìn)行了相關(guān)解讀：
1.強(qiáng)度高、負(fù)荷大，保證超大裝載。
碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度是鋼的7-9倍，比強(qiáng)度和比模量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鋼材這類金屬材料，在很多領(lǐng)域一直都被用作增強(qiáng)體。此次的“機(jī)智”號(hào)無人機(jī)肩負(fù)著極為復(fù)雜的火星勘測任務(wù)，其機(jī)身內(nèi)裝載了微型計(jì)算機(jī)、鋰電池、傳感器和攝像頭等基礎(chǔ)設(shè)備，以及慣導(dǎo)、激光測高計(jì)、傾斜計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀等儀器，此外，還附帶一塊太陽能電池板為鋰電池進(jìn)行充電，總得說來，荷載壓力是比較大的。該無人機(jī)的共軸反向雙旋翼螺旋槳是由碳纖維泡沫夾心結(jié)構(gòu)制成，四根支撐腿選用的也是碳纖維復(fù)合材料。得益于碳纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)度，能夠有效保證所有機(jī)載物體的安全。
2.極輕的自重，最大程度節(jié)省動(dòng)力，延長飛行時(shí)長。
碳纖維材料密度小，其比重還不到鋼的四分之一，作為先進(jìn)的航空材料，其也是現(xiàn)代工業(yè)制造中的“減重利器”。火星大氣密度只有地球的0.6%，雖然火星引力偏低，僅為地球的38%，但無人機(jī)仍然需要有足夠動(dòng)力才能離開火星表面，所以無人機(jī)機(jī)體必須更加輕巧。據(jù)官方公布的資料顯示，NASA飛赴火星的這架雙旋翼無人機(jī)直徑為1.2 米，高0.5米，但無人機(jī)自重僅約1.8千克，速度可達(dá)到2277轉(zhuǎn)/分鐘以上。碳纖維賦予該無人機(jī)更輕的自重，從而成就了理想的續(xù)航能力。據(jù)悉，該無人機(jī)的動(dòng)力源主要來自于太陽能充電，因此可以在每個(gè)火星日飛行一次，每次持續(xù)約90秒，飛行距離最長300米，飛行高度最高可達(dá)5米。
3.耐候性好，有極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。
碳纖維復(fù)合材料在較大溫差中蠕變小，耐腐蝕，適宜在惡劣的工作環(huán)境中使用。火星的大氣層非常稀薄，只有地球密度的1%，非常干燥，溫度低，表面平均溫度為零下55℃，水和二氧化碳易凍結(jié)，地表沙丘、礫石遍布，可以說是沙漠行星。在這顆紅色星球上飛行并不容易，無人機(jī)的機(jī)體材料不僅要面對(duì)低溫還要應(yīng)對(duì)其它不可抗的未知?dú)夂蛞蛩?。?jù)悉，“機(jī)智”號(hào)的設(shè)計(jì)規(guī)格不僅符合航天器標(biāo)準(zhǔn)，還能夠承受火箭發(fā)射過程中產(chǎn)生的重力和振動(dòng)，特有的抗輻射系統(tǒng)和優(yōu)良的材料性能保障了它在嚴(yán)寒的火星環(huán)境中的正常運(yùn)行。
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