碳纖維無人機與無線通信技術應用

   隨著科學技術的發展和經濟水平的提高，小型無人機的制造成本降低，逐漸從軍用領域延伸到了大眾消費領域，作為一種商品進入了消費者的視野。拒不完全統計，截至2016年我國已有大約400家民用無人機制造企業。在小型無人機的系統中，通信系統關系到其飛行穩定與安全，碳纖維材料技術決定了機體的結構穩定、抗沖擊性等具體性能，二者直接關系到小型無人機的功能，對小型無人機的發展起到了至關重要的作用。

　　1、碳纖維材料技術在小型無人機中的應用

　　碳纖維材料是一種新型材料，它同時具備了碳材料的強抗壓性和纖維材料的柔軟，比頭發絲還要細一百倍。碳纖維材料是由石油和化纖經過特殊工藝而制得，耐腐蝕、韌度強、質量輕，在民用和軍工方面都得到了廣泛的利用。碳纖維材料同時也是小型無人機所使用的重要材料，對小型無人機保持穩定性能起到了至關重要的作用。小型無人機中應用的碳纖維材料以T300為主，經過不斷的開發研究，碳纖維復合材料在飛機承重結構中的應用也越來越成熟。波音787和空客A380的成功研制，標志著碳纖維復合材料進入低成本發展態勢，在飛機結構中的占比越來越大，其廣泛應用呈現出不可阻擋的趨勢。

　　在我國，碳纖維材料技術發展日益成熟，市場前景廣闊，英特力新材料公司不惜斥巨資投資這個產業，初步形成了批量生產的規模。目前，隨著行業規模的擴大以及小型無人機的發展，碳纖維復合材料在小型無人機中的使用也得以加強，促進了我國小型無人機自主生產能力的提高。但從長遠來看，英特力新材料(www.itlxcl.com)認為我國碳纖維材料技術在小型無人機中的應用，仍然存在一定的局限性。自主研發碳纖維材料技術，需要從以下幾方面尋求突破：

　　(1)研發與鑒定方面。在研發與鑒定碳纖維復合材料時，傳統的比較標準主要是比強度和比剛度兩方面，因而忽略了碳纖維材料的其他性能的發展。在應用于小型無人機的制造過程中，碳纖維材料是復合材料的主要部分，但不是全部，因此必須考慮到碳纖維材料與其他材料的融合性以及匹配程度。在研發與鑒定過程中，除了關注碳纖維材料本身的抗拉伸強度和抗拉伸模量等指標外，還需要對飛機結構中復合材料的完整性能進行測評，從這個角度出發，來研發更加契合小型無人機發展所需要的碳纖維復合材料。

　　(2)碳纖維復合材料結構設計方面。作為一種新型的復合材料，碳纖維復合材料與發展成熟、工藝精湛的金屬材料相比，在性能特點以及材料機理上都有著天壤之別，因此在結構設計上也應當有所區分，不能生搬硬套金屬材料的結構。否則的話，生產出來的碳纖維復合材料可能在性能、狀態上遠不如金屬結構，或者成本超出用戶的可接受范圍，而不能投放市場。碳纖維復合材料能否在小型無人機上得到更加廣泛的使用，其關鍵就在于能否研發出結構更加優化、性能更加穩定的復合材料，使得碳纖維材料能取代金屬材料。目前山東英特力新材料公司率先研發成功，并建立相關技術團隊，在國內已處于領先地位。

　　(3)抗沖擊性能要求。小型無人機在飛行過程中，抗沖擊性能始終是最讓人關心的問題。而在碳纖維材料中，薄蒙皮與中厚蒙皮性能存在一定的差異，因而需要區分開二者的抗沖擊性性能評價標準。小型無人機的構造體系比較復雜，不同的結構應當使用不同的復合材料，所使用的碳纖維材料因而也要有所區別。為了滿足小型無人機的整體需求，要對碳纖維材料技術進行整體的改造升級，根據不同結構的不同需求進行綜合評定，再確定相應的性能標準。

　　(4)成本控制。碳纖維材料要得到更進一步的廣泛使用，成本控制是繞不開的環節。這其中包括降低碳纖維材料的制造成本，降低復合材料的制造成本，以及降低成型技術的制造費用，通過技術改造升級等方式，將碳纖維材料的成本控制在適度范圍內。

　　2、無線通信技術在小型無人機中的應用

　　無線通信技術是指利用電磁波進行信息傳輸的通訊技術手段。現代社會正朝著信息化、網絡化、智能化方向發展，傳統的通訊方式已經遠不能滿足人們對信息收集與傳遞的需求。無線通信技術就是在這樣一種時代背景下應運而生。無線通信技術經歷了從長波、中波再到短波通信的發展歷程，應用范圍也在不斷擴大之中。通信系統是小型無人機操作系統中最重要的組成部分之一，直接關系到小型無人機性能的發揮。無線通信技術在小型無人機中的廣泛使用，推動了小型無人機實現全自主飛行控制。以下山東英特力新材料有限公司將具體介紹小型無人機中無線通信技術的具體應用。

　　(1)通信系統的功能需求。小型無人機通信系統在前期開發過程時期，地面通信控制系統主要包括飛行軌跡規劃、狀態監測、無人機模擬飛行三大平臺。飛行軌跡規劃平臺應用GoogleEarth技術，確定小型無人機的航跡以及航行速度，并生成相應的坐標經緯度；狀態監測平臺由數據列表和儀表盤兩部分組成，用于實時監測小型無人機的飛行狀況，包括航跡、航速等數據，將數據信息及時傳輸到人工控制中心，已實現對小型無人機的地面操控；無人機模擬平臺通過通信系統接收規劃平臺傳送的數據信息，解析出小型無人機的航跡、坐標經緯度等信息，再將采集到的信息打包發送至地面控制中心。

　　(2)小型無人機的無線通信系統框架。整個小型無人機的無線通信系統由機載控制系統和地面監測系統兩部分組成。為保證小型無人機安全可靠的飛行，無線通信系統必須具備完善的信息傳輸通道，以實現上下行數據信息的全面傳輸。無人機通信系統中包括任務數據鏈和控制數據鏈兩大數據鏈。控制數據鏈主要實現的是小型無人機的航跡、飛行速度等的規劃，一般數據量較小；任務數據鏈需要在飛行過程中，實時向小型無人機發送指令，數據量相對來說要大許多。

　　小型無人機的發展，具有廣闊的市場前景。隨著技術的進步和人們生活水平的提高，小型無人機逐步進入了大眾消費者的視野，成為一項越來越普及的消費品。在小型無人機的發展進程中，碳纖維材料技術和無線通信技術的應用與創新，直接推動了小型無人機在結構設計、飛行安全、性能狀態等方面的進步，對小型無人機的發展起到了至關重要的作用。隨著碳纖維材料技術與無線通信技術的不斷升級，小型無人機的發展必將迎來更加燦爛的明天。