一般に「ドローン」と呼ばれる無人航空機 (UAV) は、人間のパイロットが搭乗せずに、無線遠隔制御と車載プログラム制御システムを使用して、または車載コンピュータによる完全または断続的な自律運転を使用して操作される航空機です。 。新しいタイプの航空機であるドローンは、運用要件や任務の目的の点で有人航空機とは異なります。ドローンは通常、低コスト、軽量構造、高いステルス機能、長い飛行時間、および高い保管寿命を必要とします。無人戦闘機には、高い操縦性と大幅な過負荷耐性も求められます。[16]

高比強度、高比弾性率、強力なデザイン性、優れた耐疲労性、向上したステルス性能、長寿命、優れた衝撃吸収性などの複合材料の特性により、ドローンのほとんどの構造は複合材料で作られています。これには、胴体、翼、水平尾翼、垂直尾翼、尾翼支持体、操縦翼面、着陸装置などの部品が含まれます。

ドローン構造に複合材料を適用すると、重量を 20% ～ 30% 削減できます。現在、業界では複合材料の使用量をドローンの進歩を測る重要な指標の一つと考えており、一般に複合材料の使用量が60％～80％程度であることが求められている。しかし、米国にはすでに複合材料の使用率が90％を超えるオール複合構造を実現したドローンが存在している[41]。

ドローンの分野における複合材料の応用には、ポリアクリロニトリル (PAN) ベースの炭素繊維と Nomex ハニカム材料 がドローンの胴体、翼外板、前縁に広く使用されていることが含まれます。 PAN系炭素繊維シートおよび発泡材料フォームサンドイッチ複合材や PAN ベースのカーボンファイバーチューブの作成に一般的に使用され、ドローンのメインビームとして広く使用されています。 ケブラー繊維素材はプロペラ、胴体、コネクターに適用され、疲労強度と耐衝撃性が大幅に向上しています
。
中型から大型の無人航空機 (UAV) の場合、主な耐荷重構造は 金属 で作られ、他のコンポーネントは 複合材料 を使用します。小型から中型の UAV は 炭素繊維、ガラス繊維、ハイブリッド材料 を使用しますが、無人戦闘機は主に 炭素繊維複合材料とアラミド繊維 を使用します。小型低速ドローンには、炭素繊維、アラミド繊維、ペーパーハニカム、木製材料が使用されています
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ドローンは構造設計において人間の操縦者の生理的限界を考慮する必要がないため、操縦性の最適化により重点を置くことができ、有人航空機とは異なる材料の選択につながります。複合材料の使用により、機体のステルス機能が大幅に向上します。

第一に、ポリマーは非導電性であるため、検出波のための散乱場の形成を避けるのに役立ちます。第二に、複合材料の適用は、構造の完全性と機能性を効果的に組み合わせる上で重要な役割を果たします。たとえば、ステルス素材を使用すると、機体のレーダー波の反射を大幅に減らすことができます。最後に、複合材料の統合は機体の全体的な完全性に貢献し、探知波を散乱させる可能性のある縫い目、留め具、その他の凹凸を回避することでステルス性を実現する滑らかで統一された設計を可能にします。

要約すると、これらの設計上の選択により、ドローンの隠蔽性が効果的に強化されます。統計によれば、世界中の多くの国がドローンに主に炭素繊維で作られた先進的な複合材料を大幅に活用しており、その材料は構造全体の質量の60%から80%を占めており、その結果25%以上の軽量化が実現されています。その結果、ドローンではますます多くの耐荷重構造が炭素繊維複合材料を使用して設計および製造されており、当初の非耐荷重設計から進化しています[86]。

ドローン用の同時硬化複合構造の設計は、より優れた重量削減、積載量の増加、耐久性の延長を達成することを目的としています。複合材料の軽量設計は、統合された構造設計と製造に焦点を当てた UAV 設計の現代のトレンドです。複合材料の使用量が増加するにつれて、構造の複雑さは増大し続けており、複合材料の可能性を最大限に活用し、重量を大幅に削減し、統合された構造を通じて組み立て関係を簡素化し、製造プロセスも短縮することが重要になっています。

通常、ドローン構造はプレート、ビーム、リブ構成を使用して形成され、室温での接着によって組み立てられます。このプロセスは、プレートの片面をフレームに接着することから始まり、次にもう一方のプレートに接着しますが、接着の品質は監視できません。このプロジェクトは、壁パネルと梁を単一ステップで同時硬化（中温硬化）する方法を探索し確立することを目的としています。これにより、より高い接着強度、より高い信頼性、より短い組み立てサイクル、および大幅なコスト削減が実現されると同時に、留め具が必要です。

共硬化設計および製造技術が進歩し、高い設計柔軟性、高比強度、高比弾性率などの複合材料の利点をより適切に活用できるようになりました。これにより、さらなる軽量設計が可能になり、全体の重量削減、積載量の増加、耐久性の延長などの目標を達成できます。

複合材料の適用は、非耐荷重コンポーネントおよび二次耐荷重コンポーネントから一次耐荷重コンポーネントへと進化しました。開発トレンドは、より大規模で、より統合された、より低コストのソリューションへと移行しています。複合材料の総合的な成形技術は、複雑で大規模な構造におけるコンポーネントと留め具の数を削減することにより、軽量で効率的かつコスト効率の高いソリューションを実現することを目的としています。この全体的な成形技術の中で、変形を最小限に抑えた軽量複合部品が得られる共硬化成形技術が優先されています。