载人飞行器使用碳纤维复合材料减轻重量的几种方法 斑斓航空

载人飞行器一般具有载荷小、飞行高度低、速度慢、续航时间短等性能劣势。由于机体工作环境复杂，损伤频率高，铝合金等传统金属材料在性能上无法满足载人飞行器的发展要求。碳纤维复合材料具有高比强度和高比刚度，可以大大减轻载人飞行器机身的重量，从而降低载人飞行器的载荷成本，增加载人飞行器的有效载荷，延长机身的飞行距离和时间，对载人飞行器结构的轻量化、小型化和高性能化具有重要意义，成为新一代/kloc-0。从材料本身来看，碳纤维复合材料的使用至少可以比铝合金材料减轻30%以上的重量。但在实际应用中，为了最大限度地发挥碳纤维复合材料的轻量化优势，仍需要从以下几个方面入手。
通过摊铺设计减轻重量:
碳纤维复合材料是高度各向异性的。复合材料的模量和强度在纵向(纤维方向)很强，但在横向(纤维方向)相对较弱。通过铺层结构的合理设计，利用复合材料非对称非平衡铺层产生的耦合效应，可以将复合材料的结构刚度和结构弹性完美结合，使碳纤维复合材料的主导力学性能沿着结构的传力路径排列，从而有效利用各股的承载能力，最大限度发挥其力学性能优势。通过夹层结构减轻重量:
碳纤维复合材料的结构构型设计灵活多变，夹层结构也是一种重要的结构减重方法。夹层结构是将具有足够刚性的薄板连接到相对较厚的芯材的两侧。当这种结构受到弯曲载荷时，上下面板之间有一定的距离，但结构可以获得较大比例的刚度。以碳纤维增强复合材料为蒙皮，以XPS、EPP、PMI等具有一定硬度和抗压强度的轻质泡沫塑料为芯材，形成碳纤维-芯材-碳纤维复合夹层结构。这种夹层结构既能保持力学性能，又能在一定程度上显著降低重量，尤其是成本。这种方法多用于较大的载人飞行器身体部位，在碳纤维医用床板中也很常见，也是小载人飞行器中可以考虑的方案。
通过集成成型工艺减轻重量:
碳纤维复合材料的成型工艺包括:编织缠绕、真空辅助成型、RTM、真空热压罐、成型等。载人飞行器需要翼身高度一体化的飞翼式整体起步外形，因此气动外形要尽可能精确。因此，无锡商志新材料建议，在使用碳纤维复合材料制造载人飞行器机身时，最好采用大规模一体化成型工艺。此外，一体化整体成型还可以避免因制件、拼接和组装造成的连接问题和多余连接，从而实现结构重量的减轻。  
目前，在载人飞行器上使用碳纤维复合材料是减轻机体重量、增强机身机翼结构强度的有效途径。但在材料设计和工艺体系上也需要适合载人飞行器的碳纤维复合材料的配合，才能充分体现和利用碳纤维复合材料的特殊优势。

天津斑斓航空科技有限公司，成立于2016年，成立之初是做华为企业网业务的代理商，原名天津瑞鼎创展科技有限公司。2019年公司由九个怀有飞之梦想的人组成团队转型研发电动垂直起降飞行器，致力于自主研发电动垂直起降载人飞行器，为高效的低空出行提供解决方案。