学习目标

1    无人机上应用的结构材料主要有哪几类？

2   无人机结构选材的标准有哪些？

3   为什么航模飞机大部分用航空木材，而少用金属材料？

4   为什么复合材料在无人机上的应用比重一般要高于在有人机上应用的比重？

由于无人机对质量的苛刻要求，减轻结构质量是无人机结构设计主要任务。目前无人机的应用范围很宽，有低速的娱乐型无人机，也有速度较高的军用侦察型或察打一体的无人机，当然也有速度非常高的高超声速无人机。无人机飞行速度的不同，对无人机结构的气动布局和飞行载荷就会差别很大，一般情况下，无人机的飞行速度越大，其结构设计难度也就越大，这里，我们主要以低速无人机和亚声速无人机为例，简单说明无人机结构选材的基本方法，和需要考虑的主要问题。

目前应用在低速无人机上的结构材料主要有复合材料差别很大，并且对材料的环境要求也不一样。当然减轻结构质量首先要满足结构的刚度、强度和气动弹性等要求。

现代无人机广泛采用的结构材料有:

1. 在满足结构完整性要求下尽量选用价格低的材料，成本的计算应考虑下列内容：材料成本、工艺成本和维修成本

2. 在满足使用要求的前提下，尽量选用已有使用经验的“老”材料，并且有可靠且稳定的供应渠道。

3. 所选材料应具有良好的工艺性和可加工性。

4. 所选材料应满足结构使用环境要求：

   ▼ 材料的使用温度应高于结构最高工作温度，在最严重的工作环境条件（如湿/热）下，其力学性能           不能显著下降，长期工作环境下，力学性能稳定；

   ▼ 具有适当的韧性，对外来物冲击损伤、分层等缺陷/损伤不敏感；

   ▼ 具有较高的开孔拉伸和压缩强度，较高的连接挤压强度；

   ▼ 耐燃油、耐介质、耐自然老化、砂蚀、雨蚀等方面性能良好。

5. 具有与相关材料很好的匹配性。

6. 环境保护要求的投资费用小。

比强度就是比较各种材料的强度和重量特性的判据。

1. 杆的拉伸比强度

2、杆的压缩比强度

2、压杆的比强度（续）

3、剪切的比强度

■ 杆的拉压比刚度

■ 拉压杆的比刚度（续）

∵C只与元件的几何形状和边界条件有关

∴E/ρ表征了压杆重量的综合特征，称E/ρ为拉压杆的比刚度

■ 弯曲元件的比刚度

● 不同情况下的比强度、比刚度不同

   表征材料重量和强度综合性能的指标叫比强度

   表征材料重量和刚度综合性能的指标叫比刚度

● 稳定性问题是一个刚度问题

● 工程实际中不区别不同情况

在选择材在选择材料时，必须要考虑结构工作的温度条件。

在结构中采用复合材料后可以大大地减轻结构重量。

材料有很多属性，与结构设计直接相关的属性主要有：(1) 强度属性：强度极限σb，弹性极限σ0.2，疲劳强度σ-1，断裂韧性KIC，疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth，等等；(2) 变形属性：拉伸弹性模量E和剪切弹性模量G；(3) 质量属性：材料密度ρ。除此之外，材料还有经济属性、加工属性等等。

静强度设计问题可以用如图所示的材料强度－重量特性图进行选材。