由于无人机结构体积小，载荷小，安全系数低，和有人飞机结构相比，无人机结构要求结构简单，重量轻，这样能携带更多的有效载荷和燃油，能飞行更远的距离和更长的飞行时间。目前常见的无人机结构主要可以分为四种类型：

桁架结构特点：结构简单，受力分散，重量较轻，加工方便，工艺成熟。

如果桁架结构直接暴露在外面，迎风阻力较大，因此一般会在桁架结构的表面蒙上质量很轻的薄膜，可以有效降低机体结构的压差阻力。

桁架结构布局的缺点是结构内部空间无法有效利用。

随着载荷增加，结构应力提高，为了减轻重量，并便于内部布置，飞机机体结构从桁架结构过渡到梁式结构。梁式结构的特征是由梁承受结构的主要载荷，即弯矩载荷。和桁架结构相比，梁结构的受力材料集中，结构的重量特性更好。

例如上图的机翼结构，机翼的弯矩主要是由梁来承受。

同样是阳光动力2号太阳能飞机，其机翼结构采用的的就是梁式结构，仔细观察就可以发现在其机翼内部布置了一根矩形管状梁，这种结构一方面可以利用梁的弯曲特性，对大展弦比机翼的巨大弯矩提供足够的弯曲刚度支持，同时管状的闭室结构具有相当大的抗扭刚度，因此还可以对机翼的扭转变形提供扭转刚度支持。

对于梁式结构，机翼的弯矩主要由机翼的梁集中传递，到了机翼根部，需要通过连接耳片传递到机身加强框的接头上。如果机翼的弯矩过大，就会造成机翼根部耳片接头上连接载荷过大，无法满足耳片的强度要求。这时就需要增加耳片接头数量，降低单个耳片接头的连接载荷，例如从单梁式结构过渡到双梁式，三梁式结构，或者是多梁式结构，接头数量的增加虽然可以降低连接耳片的强度，但是结果会导致结构重量增加，并且结构连接协调更加困难。

随着传递载荷的不断增加，梁式结构的传力特性逐步下降，为了能减轻结构重量，就需要改进结构传力形式，由原来的梁式集中传力改为半硬壳式结构的分布传力。

对于半硬壳式结构，机翼的蒙皮和桁条作为整体，形成一个刚度很大的承力结构，机翼的弯矩主要由这个半硬壳式结构整体传递。到了机翼根部，机翼连接接头不再是集中的耳片连接，而是分布的多钉螺栓连接，这样机翼蒙皮上的弯曲载荷可以通过这些分布式连接螺栓传递到中央翼结构上。由于没有集中连接，结构上没有参与区，结构的传力特性更好，重量更轻。

对于一些小载荷的平面结构，由于不能通过材料集中传递载荷，例如蒙皮结构，或者腹板结构。在飞机结构上，不可能缺少蒙皮，但是蒙皮上载荷很小，蒙皮不可能设计得很强，这样结构会很重，因此可以采用夹层结构。夹层结构特点是上下面板很薄，用于传递载荷，而芯层结构高度相对较大，但内部疏松，质量很轻，主要用于支持上下面板，以提高上下面板的横向弯曲刚度。

这样一块质量很轻的夹层结构就可以用在载荷很小的传力部位，例如蒙皮或是腹板，一方面保证了结构传力的需要，另外一方面结构重量很轻。

目前复合材料夹层结构在大型无人机上得到了广泛应用。

学习目标

1    无人机结构的类型有哪些？它们各自的特征是什么？

2   桁架结构和梁式结构的主要区别是什么？

3   薄膜结构和半硬壳式结构的区别是什么？

4   对于小载荷飞机，什么结构型式重量会比较轻，为什么？

5   大载荷条件下，什么结构型式重量会比较轻，为什么？

6    夹层结构的受力特点是什么，在无人机上的典型应用有哪些？