近年來隨著傳感、遙感、飛控、云臺(tái)、計(jì)算式視覺、圖像傳輸?shù)认嚓P(guān)技術(shù)的快速完善，無人機(jī)的發(fā)展也進(jìn)入了快車道。其中，無人機(jī)的輕量化需求也促使其機(jī)體材料不斷地更新?lián)Q代，繼鋁合金、鈦合金等輕質(zhì)化金屬材料之后，復(fù)合材料為重要的無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)成為無人機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。無人機(jī)領(lǐng)域，正成為復(fù)合材料應(yīng)用的新藍(lán)海。
2025年我國無人機(jī)市場規(guī)模將超千億

     由德國無人機(jī)研究公司“無人機(jī)產(chǎn)業(yè)觀察”（Drone Industry Insights）發(fā)布的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球無人機(jī)市場規(guī)模約為225億美元。預(yù)計(jì)到2025年，全球無人機(jī)市場規(guī)模將達(dá)到428億美元。

無人機(jī)市場的火熱也帶動(dòng)了行業(yè)的投資熱情，近年來無人機(jī)行業(yè)的投資額度大規(guī)模增加。根據(jù)“無人機(jī)產(chǎn)業(yè)觀察”的統(tǒng)計(jì)，2010-2020年10年間，國際市場無人機(jī)投資規(guī)模的年均復(fù)合增速達(dá)到了51.80%，投資額也從2010年的360億美元躍升到23,390億美元，增幅超過60倍。

按應(yīng)用領(lǐng)域的不同，無人機(jī)可分為軍用無人機(jī)和民用無人機(jī)兩大類。軍用無人機(jī)主要包括偵查無人機(jī)、攻擊無人機(jī)、誘餌無人機(jī)以及貨運(yùn)無人機(jī)，與有人機(jī)相比具有人員零傷亡、性能優(yōu)越、成本低等特點(diǎn)，已逐步成為現(xiàn)代重要武器。

民用無人機(jī)可進(jìn)一步分為工業(yè)級(jí)無人機(jī)和消費(fèi)級(jí)無人機(jī)，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)多用于個(gè)人航拍，工業(yè)無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域廣，主要包括：電力巡檢、應(yīng)急救援、航空攝影、水利應(yīng)用、農(nóng)藥噴灑、航空測繪、管線巡查、海事監(jiān)察、農(nóng)業(yè)林業(yè)、物流運(yùn)輸、交通管制、氣象監(jiān)測、反恐防暴等。

根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示，從市場規(guī)模的變化看，2015-2019 年，我國無人機(jī)總市場規(guī)模增長迅速，年均增長速度達(dá)到49%。從細(xì)分領(lǐng)域市場規(guī)模來看，民用無人機(jī)市場規(guī)模增長速度更快，年均增速達(dá)72%，軍用無人機(jī)年均增速在28%左右。

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)并普及，將解除目前無人機(jī)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)方面的限制，這將在很大程度上提升無人機(jī)全行業(yè)需求，進(jìn)一步促進(jìn)我國無人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速增長。伴隨5G的正式商用以及5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的快速推進(jìn)，未來我國無人機(jī)市場規(guī)模有望進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2025年，我國無人機(jī)市場總規(guī)模將會(huì)達(dá)到約1500億元，2020-2025年年均復(fù)合增速約為28.6%。

 
無人機(jī)復(fù)合材料化成趨勢

     無人機(jī)要求結(jié)構(gòu)重量輕，從而可減少電池或燃油消耗，延長航時(shí)，也可安裝更多的設(shè)備，提高無人機(jī)的綜合性能。無人機(jī)應(yīng)用復(fù)合材料可以減重25%-30%，如碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料與鋁合金相比，在同等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度時(shí)，可以減少25%的重量；采用泡沫夾層玻璃纖維制造小型無人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)，由于泡沫密度較低，約為0.2g／cm3 ，相比于鋁合金減重更多。目前，無人機(jī)復(fù)合材料用量一般占機(jī)體結(jié)構(gòu)總重的60%-80%，應(yīng)用比例明顯超過有人飛機(jī)，甚至出現(xiàn)全復(fù)合材料無人機(jī)，比如美國“捕食者”無人機(jī)，包括碳纖維在內(nèi)的復(fù)合材料用量約為結(jié)構(gòu)總重的92%。

       復(fù)合材料在無人機(jī)應(yīng)用上具有天然優(yōu)勢。一方面，復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，這兩個(gè)參數(shù)越高，說明剛度和強(qiáng)度越大，且重量更輕。復(fù)合材料應(yīng)用于無人機(jī)，能在較高的比剛度和比強(qiáng)度的特定要求下，減輕機(jī)身重量，同時(shí)加大了無人機(jī)的載荷量，推進(jìn)了無人機(jī)往輕量化，高性能化方向的發(fā)展，也更利于減小無人機(jī)的體積。在滿足相同剛度和強(qiáng)度的同時(shí)，增強(qiáng)了無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間和飛行距離。另一方面，復(fù)合材料具有較好的可設(shè)計(jì)性，在設(shè)計(jì)制造上，可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)翼身融合的大面積整體成型。從氣動(dòng)性能來說，無人機(jī)在外形上需要高度翼身融合，這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證主要部分一體化成型。在制造過程中，模擬和仿真計(jì)算后，可通過模壓成型、熱壓罐外固化成型或樹脂傳遞模塑成型等工藝進(jìn)行大面積一體化整體成型；另外，還可以引入自動(dòng)化流水線生產(chǎn)工藝，提高效率，降低生產(chǎn)制造成本，非常適合大規(guī)模制造無人機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)。
      成本及維修阻礙批量應(yīng)用高昂的制造成本是限制復(fù)合材料批量應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。與有人機(jī)相比，無人機(jī)一個(gè)重要的優(yōu)勢就是成本相對較低，因此，無論哪種類型的無人機(jī)要大面積采用復(fù)合材料，都必須降低制造成本。
此外，如何對無人機(jī)上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修，也是一個(gè)較為突出的問題。美國國家航空航天局認(rèn)為，阻礙復(fù)合材料進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用的主要問題之一就是復(fù)合材料的維修問題，包括維修方法、維修成本、維修用料的供應(yīng)和貯存等具體問題。復(fù)合材料無人機(jī)在加工和使用過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各類損傷，如何對無人機(jī)上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件進(jìn)行進(jìn)行維修，成為復(fù)合材料在無人機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用的一大阻礙。
雖然近30年來，國內(nèi)外許多學(xué)者已在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修方面開展了一系列有益的工作，然而仍有很多不如人意的地方，比如工藝復(fù)雜不利于外場維修、快速維修技術(shù)成熟度不高、維修強(qiáng)度恢復(fù)率低、維修結(jié)構(gòu)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等。這些障礙的逾越有賴于材料、設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的共同進(jìn)步，但可以預(yù)見的是，隨著復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)維修技術(shù)一定會(huì)得到長足的發(fā)展。
總之，無人機(jī)復(fù)合材料化已是目前和今后的一個(gè)發(fā)展趨勢，國外無人機(jī)在機(jī)體結(jié)構(gòu)上大量采用低成本、輕質(zhì)復(fù)合材料，并在材料、機(jī)體結(jié)構(gòu)整體化設(shè)計(jì)、分析和制造技術(shù)等方面取得了快速發(fā)展與提高，使得無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已發(fā)生了深刻的變革，這也將大力推動(dòng)復(fù)合材料無人機(jī)產(chǎn)品的普及。