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2024年标志着中国低空经济产业的起点，它涵盖了无人机、低空飞机、空中出租车等多种航空器，预示着一个巨大的产业正在形成。随着低空经济的快速增长，它为物流、农业、紧急服务、旅游等多个领域带来了创新性的改变，同时也为复合材料的应用提供了新的舞台。 复合材料因其轻质、高强、耐蚀和可塑性等优点，成为制造低空航空器的理想材料。在这个追求效率、续航和环保的低空经济时代，复合材料的使用不仅影响着航空器的性能和安全，也是推动整个行业发展的关键。 从碳纤维增强的无人机机翼到玻璃纤维制成的轻质结构，复合材料的创新不断为低空经济的增长提供动力。低空经济与复合材料的紧密联系在技术进步和产业升级中得到体现。随着全球对低空领域的政策逐渐放宽，以及新材料和工艺的不断涌现，复合材料在低空航空器领域的应用正面临前所未有的机遇。 让我们一起深入了解低空航空器中使用的复合材料。 碳纤维复合材料 低空经济的快速增长不仅为物流、农业、紧急救援、旅游等多个行业带来了创新性的变革，也为复合材料，尤其是碳纤维的使用提供了巨大的发展空间。 碳纤维因其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，成为低空飞行器制造的理想材料。它不仅能够减轻飞行器的重量，还能提升性能和经济效益，成为传统金属材料的有效替代品。据中国复合材料工业协会引用Stratview的数据，空中汽车中超过90%的复合材料为碳纤维，剩余约10%为玻璃纤维。在eVTOL飞行器中，碳纤维被广泛应用于结构部件和推进系统，占比约75%~80%，而内部应用如横梁、座椅结构等占12%~14%，电池系统、航空电子设备等占8%~12%。 国内领先的eVTOL制造商，在其设计方案中均采用了碳纤维复合材料。这些应用展示了碳纤维在低空经济中的重要作用，同时也预示着对碳纤维的大量需求。随着全球对低空领域的政策逐步放开，以及新材料、新工艺的不断涌现，碳纤维在低空飞行器中的应用正迎来前所未有的发展机遇。预计单台eVTOL对碳纤维的需求量在100~400kg之间，这为碳纤维产业链相关企业的发展和升级提供了广阔的空间。 预计到2030年，eVTOL的全球订单量将达到8000架，其中商务电动飞机约1700架，其余为eVTOL，约为6300架。eVTOL的机身结构大量采用碳纤维复合材料，单台eVTOL对碳纤维需求在 100~400kg 之间，有望拉动千吨级需求。这种材料的使用量占到了机身自重的70%以上，其中超过90%的复合材料为碳纤维。按照碳纤维与树脂7:3的比例计算，单台eVTOL对碳纤维的需求量大约在97~63公斤之间。因此，随着eVTOL产业的快速发展，预计将为碳纤维带来600~2300吨的增量需求。 玻璃纤维复合材料 玻璃纤维增强塑料（GFRP）以其耐腐蚀、耐高低温、耐辐射、阻燃和抗老化的特性，在低空飞行器如无人机的制造中发挥着重要作用。这种材料的应用有助于减轻飞行器重量，增加有效载荷，节省能源，并实现美观的外观设计。因此，GFRP已成为低空经济中的关键材料之一。在低空飞行器的生产过程中，玻璃纤维布被广泛用于机身、机翼、尾翼等关键结构部件的制造。其轻质特性有助于提高飞行器的巡航效率，并提供更强的结构强度和稳定性。对于需要优异透波性能的部件，例如雷达罩和整流罩，通常采用玻璃纤维复合材料。例如，高空长航时无人机和美国空军的RQ-4“全球鹰”无人机，其机翼、尾翼、发动机舱和后机身使用碳纤维复合材料，而雷达罩和整流罩则选用玻璃纤维复合材料，以确保信号的清晰传输。 图源：央视军事 在航空航天领域，玻璃纤维的应用不仅限于提升结构性能，它在飞机的外观设计中也扮演着重要角色。 例如，玻璃纤维布可以用于制造飞机的整流罩和窗户，这不仅提升了飞机的外观美感，还增强了乘坐的舒适度。同样，在卫星设计中，玻璃纤维布也可用于构建太阳能电池板和天线的外表面结构，从而提升卫星的外观和功能可靠性。 芳纶纤维复合材料 采用仿生天然蜂巢的六边形结构设计的芳纶纸蜂窝芯材，因其优异的比强度、比刚度和结构稳定性而备受推崇。此外，这种材料还具备良好的隔音、隔热和阻燃性能，在燃烧过程中产生的烟雾和毒性都非常低，这些特性使其在航空航天和高速运输工具的高端应用中占据了一席之地。 尽管芳纶纸蜂窝芯材的成本较高，但它常被选作飞机、导弹、卫星等高端装备的关键轻质材料，特别是在需要宽频透波性能和大刚性次受力结构部件的制造中。 轻量化效益 芳纶纸 作为关键的机身结构材料，在eVTOL这类低空经济的主要飞行器中发挥着至关重要的作用，尤其是作为碳纤维蜂窝夹心层的使用，这一技术已经被全球领先的eVTOL制造商，如Joby、Archer等广泛采用。 在无人机领域，Nomex蜂窝材料（芳纶纸）的应用同样广泛，它被用于机体外壳、机翼蒙皮和前缘等部位。例如，法国制造的Aarok多用途无人机豺2样机就采用了玻璃纤维/碳纤维/芳纶纤维复合材料的设计。 防护性能 芳纶纤维在无人机的防护部件和防弹装甲中的应用，显著提升了无人机在恶劣环境下的生存性，并保护了关键部件不受损害。 其他夹芯复合材料 低空飞行器，例如无人机，在制造过程中除了使用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等增强材料外，还广泛采用了蜂窝、胶膜、泡沫塑料和泡沫胶等夹层结构材料。 在夹芯材料的选择上，常用的有蜂窝夹芯（如纸蜂窝、Nomex蜂窝等）、木质夹芯（如 桦木 、桐木、松木、椴木等）以及泡沫塑料夹芯（如聚氨酯、聚氯乙烯、 聚苯乙烯 泡沫塑料）。泡沫夹层结构因其防水、漂浮的特性以及能够整体填充机翼、尾翼内部结构空腔的工艺优势，在无人机机体结构中得到了广泛应用。以美国波音公司开发的X-45A无人战斗机为例，其机身采用了低温固化预浸料，而机翼则采用了泡沫树脂夹芯（FMC）技术，显著降低了制造成本，比传统方法减少了一半。 在设计低速无人机时，对于强度要求不高、形状规则、大曲面且易于铺放的部件，如前翼安定面、垂尾安定面、机翼安定面等，通常采用 蜂窝夹层结构 。对于形状复杂、小曲面的部件，如升降舵面、方向舵面、副翼舵面等，则倾向于使用泡沫夹层结构。而对于需要较高强度的夹层结构，可能会选择木质夹层。对于那些同时需要高轻度和高刚度的部件，如机身蒙皮、T型梁、L型梁等，则通常采用层压板结构。这些部件的制造需要预成型，并根据所需的面内刚度、弯曲强度、扭转刚度和强度要求，选择合适的增强纤维、基体材料、纤维含量及层合板，以及设计不同的铺设角度、层数和铺层顺序，并通过不同的加热温度和加压压力进行固化。 会议推荐 “ 2025低空飞行器先进复合材料及结构件制造大会 ” 2025年3月20-21日 浙江·宁波 举行 点击扩展阅读： Flink：2025低空飞行器先进复合材料及结构件制造大会 一、大会背景 随着全球科技创新的加速和经济结构的转型，复合材料在航空航天、汽车、能源、建筑等领域的应用日益广泛，而 低空经济 作为新兴产业，也正在成为推动全球经济发展的重要引擎。复合材料的高强度、轻质和耐腐蚀性等优良特性，为低空经济的快速发展提供了关键技术支撑。 低空经济的政策环境逐渐成熟，低空飞行器技术不断突破，市场需求逐渐释放。与此同时，复合材料的技术创新和产业化进程也取得了显著进展，复合材料的性能、成本以及生产工艺不断优化。这为低空经济在交通运输、物流、无人机和空中出行等方面的广泛应用提供了强有力的支持。 本次论坛将深入探讨复合材料与低空经济的发展趋势、技术创新和市场前景，促进相关企业、 科研机构 、政策制定者的交流与合作，推动低空经济与复合材料技术的融合发展，为未来经济增长注入新的动力。 二、组织单位 主办单位：Flink启明产链 联合主办：北京航空航天大学宁波创新研究院、中国科学院宁波材料所特种飞行器浙江省工程研究中心 支持单位：宁波东方理工产业技术研究院、宁波数字孪生(东方理工)研究院 承办单位：宁波启明产链信息科技有限公司 三、参会群体 无人机、eVTOL、飞行汽车、直升机等整机企业 低空飞行器结构设计制造、仿真研究单位 复合材料与航空相关高校及科研院所 行业协会、联盟、政府等机构代表 复合材料研发、生产、检测企业 复合材料加工、自动化设备企业 高性能树脂、纤维等材料企业 投资机构等其他相关企业单位 四、 核心议题 第一天:复合材料与低空领域融合发展 低空飞行器复合材料的应用及发展趋势 低空经济政策环境与 标准体系 建设 高等级复合翼技术最新进展 复合材料在eVOTL飞机机体结构上的创新应用 复合材料结构低成本高质量目标实现路径探索分析 低空飞行器旋翼/螺旋桨设计要求和适航审定 低空飞行器用复合材料性能测试方法及影响因素探讨 低空飞行器轻量化 碳纤维 轻量化复合材料结构前沿探索研究 先进 热塑性复合材料 在航空领域的应用 未来飞行汽车透明材料智能化创新应用 第二天:智造升级与创新应用 基于适航要求的低成本 飞行器设计 &制造浅析 复合材料的创新技术与产业应用 低空飞行器复合材料机体结构制造技术发展趋势 高模型碳纤维用大宽幅连续超高温 石墨化炉 装备及工艺研究 复合材料 仿真技术 助力低空飞行器轻量化一体造型设计 轻量化高性能 树脂基 复合材料应用与关键技术 复合材料弹性元件在eVTOL上的应用 eVTOL低空飞行器轻量化高性能材料解决方案 高性能碳纤维 模压成型 成套装备数字化、智能化解决方案 低空飞行器用第三代增韧 环氧树脂 及 碳纤维预浸料 研发与应用 说明：资料来源于网络资料。文章仅供行业人士交流，发布仅为了传达一种不同观点，不代表对该观点赞同或支持。如果有任何问题，请联系我：Lucy（微信）18158225562

飞机复合材料结构在现代航空领域中具有重要地位，随着电动垂直起降（eVTOL）飞机的兴起，其应用愈发广泛。然而，这一领域在发展过程中既面临着诸多机遇，也遭遇了不少挑战。 一、复合材料在eVTOL上的应用 （一）eVTOL 的组成与成本构成 eVTOL 主要由机体子系统、导航通讯与飞控子系统、动力子系统和能源子系统构成。在成本分配方面，推进系统约占 40%，结构和内饰占 25%，航电和飞控系统占 20%，能源系统占 10%，其余装配件占 5%。碳纤维复合材料因其低密度高强度的特性，成为 eVTOL 的最佳选择，其可设计性提高了结构效率，实现了轻量化设计，进而提升了能源利用效率和飞行效率，增加了航程。 （二）碳纤维复合材料的优势 轻量化与高效能 ：碳纤维复材的低密度高强度使 eVTOL 结构更轻，从而提高飞行效率，减少运维成本，其耐用性和低维护要求降低了长期运营成本。 稳定性与安全性 ：高轻度和模量保证了 eVTOL 结构的稳定性和安全性。 环境适应性 ：碳纤维不受酸、碱环境影响，化学稳定性好；热稳定性使 eVTOL 在连续工作温度下具有长寿命；电导率低，避免了结构问题和安全隐患。 生产周期短 ：碳纤维复材的生产周期比传统材料更快，有助于缩短 eVTOL 的生产周期和市场投放时间。 （三）设计研发的复杂性 eVTOL 的复合材料飞机结构研发设计和测试涉及空气动力学、结构力学、材料学、计算机等多学科的综合应用，包括方案设计、计算仿真、材料试验、部件试验等复杂实验过程。 二、eVTOL 适航认证 （一）各国空中交通监管体系 不同国家的空中交通监管体系存在差异。中国由民航局、人民解放军空军、当地政府分别负责适航审定、空域审批和交通运输管理；美国联邦航空局全权负责相关环节；欧洲则由欧洲航空安全局负责适航认证，空中交通管理由各国的空中航行服务提供商、EASA、欧洲空中航行安全组织网络管理机构共同负责。 （二）适航规定有待完善 目前中美欧尚未形成专用于 eVTOL 适航审定的系统性规定。欧洲航空安全局针对 eVTOL 飞机制定了新的适航规章，美国联邦航空局正在建立适航认证框架，中国民用航空局对 eVTOL 的适航审定采取一事一议的方式。我国目前尚无针对 eVTOL 监管专项立法，涉无人机监管的法律依据主要为民航局颁发的规范性文件。 （三）eVTOL 相关适航取证规定 以中国为例，eVTOL 型号需先取得型号合格证（TC），再申请生产许可证（PC）才可批量生产，投入运营还需申请航空运营证（AC）。TC 申请周期较长、耗费较大，PC 可在 TC 申请过程中或取得 TC 后提交，在持有 PC 的情况下申请 AC 相对简便。 （ 四 ）行业配套不足的挑战 空中交通管理复杂 ：城市低空空中交通管理因空域资源边界模糊、建筑物和地形地貌差异大、电磁环境复杂等因素而十分复杂，需建立统一的数字管理系统。 地面基础设施不完善 ：垂直起降机场的规划与布局不成熟，缺乏系统化解决方案，尽管已有一些设计方案，但尚未有成熟落地的整体方案。 适航及监管规定空缺 ：适航认证和监管法规标准欠缺，各国对无人驾驶自动飞行载客 eVTOL 的适航审定谨慎，需加强国际合作建立全新监管体系。 三、eVTOL 复合材料结构发展方向 （一）需求与目标 eVTOL 飞机结构对结构效率及轻量化要求迫切，要获得公众认可需具备高安全性、可靠性和方便低成本的维修性，走向市场则需低成本、批量化生产。 （二）结构设计的重要性 结构设计贯穿 eVTOL 的全过程，与适航密切相关，且影响飞机结构成本和运营维护成本。 （三）材料选择与制造工艺 材料是根本 ：低成本的预浸料（如烘箱、热压罐工艺）、单向布或织物、树脂（如液体成型），以及低成本的热塑性预浸料（模压成型）等是发展方向。但现有预浸料烘箱工艺做厚零件不成熟，大丝束预浸料工艺性有待提高；热塑性树脂系统因可回收性和成本效益在未来可能更具吸引力，但目前部分材料性能与成本存在矛盾，需开展相关研究。 设计是关键 总体设计 ：包括气动设计、总体布置等，涉及多个阶段和工作内容，如联合概念定义、初步设计、详细设计等，各阶段有不同的任务和目标，涉及多个供应商和团队的协作。 结构设计 ：面临材料数据库不健全、不同无人机结构差异等问题，需确定设计要求，进行结构件智能设计、设计校验、可制造性分析、实验结果分析和设计审核等工作，包括强度、刚度、疲劳、寿命、可靠性、颤振等方面的分析与优化。 工艺设计 ：涵盖多种成型工艺，如手糊成型、喷射成型、RTM 技术等，但大尺寸整体壁板固化、大梁烘箱固化、大尺寸部件液体成型、模压工艺等方面存在问题。 工装设计 ：包括成型工装和装配，采用低成本成型工装（如代木、玻璃钢模具），实现自动化铺放（自动铺丝、自动铺放、自动料片抓取与铺放）、自动检测和脉动式节拍装配生产线。 试验验证 ：需要设计复杂完备的测试方案，对软件分析结果进行试验验证，包括颤振机身、强度、载荷、结构振动、疲劳等方面的测试，涉及机身、机翼、尾翼、电池舱、起落架等部件。 （四）复材部件类型与案例 eVTOL 复材部件类型多样，如机身壁板、机翼蒙皮等，不同部件在结构形式和承载能力上有所不同。以 F - 22、F - 35、阿帕奇、A400M、空客 A380 等为例，展示了复合材料在航空领域的成功应用案例，体现了复合材料在减重、成本降低、结构优化等方面的优势。 （五）发展趋势 设计制造一体化 ：实现完备的材料体系、面向适航的结构优化、强度仿真和工艺仿真。 降低制造成本 ：应用低成本模具、大丝束预浸料，采用 OAA 工艺、模压工艺、一体化成型工艺（RTM、真空导入等），并运用自动化设备。 提升整机装备制造能力 ：包括成型模具设计与制造、装配工装设计制造调试以及整机装配与调试，借鉴汽车制造思路，提高飞机制造的自动化程度。 四、安泰复材的技术创新 安泰复材在 eVTOL 领域积极开展技术创新，涉及多旋翼无人机 / 垂直起降大型无人机（如德国的 Lilium、美国的 JOBY 和 ARCHER 等）、大型无人机 / 复合翼、倾转旋翼 eVTOL（如中国的 TP500、启明星 50、VERTAX 复合翼Evtol- M1、Tcab Tech 倾转旋翼 Evtol - E20 等）。其关键技术包括大尺寸管梁成型技术、一体化设计及整体成型复合材料尾梁、复合材料油箱设计及制造、零件制造和装配一体化集成技术等，拥有多项独有专利技术，为 eVTOL 的发展提供了有力支持。 五、总结与展望 飞机复合材料结构在 eVTOL 领域机遇与挑战并存。复合材料的应用为 eVTOL 带来了性能提升，但适航认证和行业配套等方面的挑战亟待解决。安泰复材等企业的技术创新为行业发展注入动力，未来需持续加大科技创新力度，推动 eVTOL 低成本高安全性的商业化应用进程。