近來，將碳纖維復合材料用于無人機零部件制造的相關技術已經取得了一定的進展，特別是將碳纖維管材用于機體的技術已經較為成熟和普遍，但是無人機殼體使用碳纖維復合材料一體化成型的相關技術還處于應用的起步階段。

目前，翼身高度融合的飛翼式無人機需要結構上的大面積整體成型，碳纖維復合材料較大的設計空間和易于整體成型的特點恰恰能滿足這種需求。下文以無錫威盛新材料科技有限公司為國內某無人機知名品牌提供的四軸式碳纖維無人機殼體為例，總結出碳纖維無人機殼體一體化成型的性能優勢，并對工藝過程中可能出現的問題及處理方法進行簡單介紹。

一體化成型的碳纖維無人機殼體的性能優勢：

從無人機的發展歷程上看，無人機的續航能力一直受能源端發展的制約，現階段只能在有限能源密度的前提下增加能源體積，獲得更長的飛行航時。但是能源端體積重量的增加又會導致無人機的體積增加和飛行難度的加大。如果采用質量更輕的材料作為殼體，將有效減少機身重量，就能給能源端提供更多的空間，不僅能實現更快的速度和更高的爬行高度，還能大幅度地延長續航里程和使用壽命。

除了對輕質量的追求外，無人機對殼體材料的選擇還主要著眼于材料本身的強度、韌性、耐候性等特性，能有效防止跌落等情況對機體的損傷，增強機體的抗沖擊性能等等，也都是無人機對殼體材料的關鍵訴求。

以往的無人機制造材料多為鋁合金，還有一定比例的鈦合金、鋼等，這些金屬材料強度雖然高，但是重量大，比強度和比剛度都不夠理想，導致無人機的有效載荷小，并容易反射雷達信號形成二次波段。碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)突出的性能優勢就是質量輕、強度高、耐腐蝕、熱膨脹系數小、抗疲勞和抗震能力強，材料本身的電磁屏蔽效果好，可一體制作出不同的外形結構。

上述威盛新材為某無人機品牌商提供的碳纖維四軸無人機殼體，成品表面光滑，厚度均勻，對稱性好。經測量，整個殼體重量比原鋁合金殼體降低了25％，機體的輕量化充分滿足了客戶對機體長航時的特殊需求；碳纖維增強復合材料所展現出的比鋁合金等金屬更高的強度能有效對抗強大的飛行阻力，使機身更加堅固結實，提升了整機的抗沖擊性能；在減少原金屬材料對遠程信號的干擾以及降震減噪方面也有明顯的改善。另一方面，整體化成型技術通過減少零件和緊固件數量也對降低機體重量有積極作用，在降低裝配成本和維護費用/節約成本和提高生產效率方面具有重要的意義。

一體化成型工藝存在的問題及對策：

一體化成型的碳纖維無人機殼體雖然具有種種優勢，但是對實際的成型工藝來說也是不小的挑戰。作為復合材料來說，用碳纖維復合材料制作無人機殼體時需要面對其不像金屬構件那樣容易得到精確的幾何或構型尺寸。無錫威盛新材料科技有限公司根據多年的碳纖維無人機零部件的制造經驗，對無人機殼體的一體化制作提出了適當分模、優化鋪層、嚴格把控溫度和壓力等建議，以解決碳纖維復合材料殼體制造中容易出現的主要問題。

首先是模具，整體成型中所需的模具比較復雜，成本較高，因此需注意分體模、整體模及模具定位組合的合理設計。與此同時，威盛新材的技術人員強調，碳纖維復合材料結構的整體化程度需要適度，否則容易增加制造過程中的質量風險，造成后期維修的困難，反而不利于成本的降低。

其次，威盛新材在對上述四軸無人機殼體鋪層設計中發現，整層設計的預浸料層在結構突變的位置無法展開，其中纖維角度的變化也比較大，偏離了設計之初的鋪層角度。簡言之，就是在制造可行性分析表明纖維變形在可接受范圍內才可以進行鋪層展開。因此，對碳纖維復合材料分層數模進行工藝分析時，需對不同位置作為其起鋪點的纖維角度變化進行分析，找出變形面積最小的鋪疊起始位置，再通過鋪層拼接及開剪口技術找到能滿足設計鋪層角度公差的最優化操作方案。

再者，碳纖維復合材料殼體在升溫固化過程中要經歷復雜的熱－化學變化，溫度、壓力及保溫時間等工藝參數的確定對殼體成型的結果以及質量有著直接的影響。模具的結構以及殼體各部位的厚度差別容易導致整體溫度場均勻性不夠好，因此，在固化工藝過程中，威盛新材提出在足夠的經驗基礎上還需要多次的實驗數據的調整，確立出最佳的工藝參數，以便嚴格控制樹脂的流動性以及成型壓力的大小。防止因樹脂流動性太好造成的流膠過多和上面板貧膠，因成型壓力過大或過小，造成的殼體分層、空隙、脫粘等缺陷的產生。

（來源：碳纖維那些事兒）