供稿人：黄一鸣 田小永 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2022-11-21
纤维增强复合材料是一种用于先进结构制造的重要材料，与金属合金材料相比，具有轻量化、高承载、高强度及可设计强等优点，逐步成为先进飞行器设计的首选材料。随着无人机在航空领域变得越来越被重视，该行业正面临着降低开支同时提高性能效率的双重压力，利用纤维增强复合材料先进制造技术实现无人机的重要零部件设计和制造具有重要意义。2022年，加拿大康考迪亚大学 (Concordia University) 通过对无人机机翼的设计，制造出了一种锥形波纹夹芯轻质翼型结构，并通过测试验证了其承载性能
该研究采用了Concordia复合材料中心的热压罐进行无人机机翼的成形工作。图1展示了无人机机翼夹芯结构设计及不同铺层设计下固化冷却后的变形形态，为了实现锥形机翼构型采用不匀均铺层处理预浸带，以提升夹芯结构波纹的幅值。基于该方法，无需复杂几何形状的模具来制作波纹芯，相反，只使用一个扁平的模具就可以实现轻质高强的复合材料结构形态。
图1 无人机机翼夹芯结构设计（左）及成形工艺（右）
通过夹芯结构设计的机翼极大地减轻了重量，同时具备高承载性能优势，在该力学测试中得到了证实，如图2所示。结果表明，该机翼可以承受中等尺寸无人机的载荷，与弯曲角度高达20°。
图2 无人机机翼样件
研究结果表明，利用复合材料4D打印方法能够制造出波纹夹芯结构柔性可变形机翼。样机研制及测试结果表明，对于小型无人机，该复合材料结构能够满足载荷要求。目前，该项目团队正在进行下一步的研究工作，完善机翼的分析、设计、制造及相关测试工作。