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【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料

已更新:2022年11月17日


【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料


💬|無人機材質有哪些?

無人機可依需求分為軍用、工商用和消費用三大主要分類,依據不同用途、結構強度、外觀成形工藝、成本等考量,無人機選材方面也會有不同的考量。

【無人機知識懶人包】無人機的材質會根據不同用途、外觀形成工藝、成本等考量組成
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料


如用於航拍使用的無人機,考量到使無人機便於攜帶,因此所選用的材質偏向於如尼龍樹脂、聚酯、聚丙烯等輕量材料,以達成有效減重,提高續航力;

【無人機知識懶人包】航拍機考量攜帶便利性,多偏向使用熱塑性塑膠
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料

工商所使用的無人機考量到酬載其他貨物、設備時的穩定性,在早期選材上多使用鋁合金、鈦合金等材料製作而成,雖然強度高卻也使整體重量較重,降低續航時間。

【無人機知識懶人包】工商用無人機考量穩定性與結構強度多使用合金或是複合材料
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料

隨著科技進步,由兩種以上不同性質的材料經過複合工藝所組成的複合材料越加受到矚目,其材料的特性不僅保有原材料的優勢,藉由性能的互補更可使複合式材料達成綜合性能,為滿足航空等尖端技術所需之材料需要,於60年代,研製出以高性能纖維碳纖維材料製作而成的複合材料,其高強度且輕量的特性更是成為無人機材料中被廣泛應用的材料之一。



🔍|碳纖維複合材料是什麼?

碳纖維(Carbon fiber)是一種由含碳的有機纖維原料與塑膠樹脂結合經高溫高壓下碳化而成的纖維原絲,而由碳纖維作為原料與環氧樹酯結合在一起後形成碳纖維複合材料(Carbon-fiber-reinforced polymers,簡稱CFRP, CRP, CFRTP),其強度、彈性等綜合指標為現有結構材料中最高的,材料應用於航太領域製作火箭、飛機製造外,也於醫療領域作為人工韌帶使用,而世界一級方程錦標賽F1賽車車身結構也大多使用此材質。

【無人機知識懶人包】碳纖維複合材料的生成與使用
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料


✨|碳纖維複合材料的優勢

一般材料如鋁、鋼等金屬材料在無人機高負載下容易出現變形、凹陷等問題,而碳纖維複合材料的強度為鋼鐵的5-9倍,使無人機能夠承受更高的負載,結構也不會有所變形,除此之外碳纖維複合材料密度約1.7g/cm,相對於傳統金屬材料,可為無人機減重25-30%,較輕的質量使無人機能夠擴大載重限制亦不影響原先的續航能力。而材料具有耐高溫、抗腐蝕,且低熱膨脹係數等特性,使用安全度高、壽命長,能夠給予無人機穩定、堅固的架構。



🤔|為什麼不整架無人機都使用碳纖維複合材料製作?

雖然碳纖維複合材料整體性質較傳統金屬優越,但成本價格卻是十分高昂,原纖維可達玻璃纖維價格的5~25倍,複合材料價格更是依照不同纖維束大小、工藝而有所波動,此外,碳纖維複合材料最大的缺點是脆性大,亦斷裂,無人機一旦摔落,碳纖維複合材料的損傷率高,損壞後難以修補,僅能進行替換,維修的成本也相對較高。

【無人機知識懶人包】碳纖維複合材料之優劣勢
【無人機知識懶人包】無人機的材質-碳纖維複合材料

因此在設計無人機時,工程師會綜合考量使用目的、無人機重量大小、承受能力等進行設計並調配材料的應用比例,而非打造整座碳纖維複合材料無人機,此一材質大多用於製作無人機的主結構部分,強化整體結構,其餘材質可能為合金零件、塑膠外殼等,使無人機價格落在用戶可以負擔的起的範圍內,既保有整體使用強度。



 


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