今年標志著中國低空經濟產業的起點，它涵蓋了無人機、低空飛機、空中出租車等多種航空器，預示著一個巨大的產業正在形成。隨著低空經濟的快速增長，它為物流、農業、緊急服務、旅游等多個領域帶來了創新性的改變，同時也為復合材料的應用提供了新的舞臺。
復合材料因其輕質、高強、耐蝕和可塑性等優點，成為制造低空航空器的理想材料。在這個追求效率、續航和環保的低空經濟時代，復合材料的使用不僅影響著航空器的性能和安全，也是推動整個行業發展的關鍵。
從碳纖維增強的無人機機翼到玻璃纖維制成的輕質結構，復合材料的創新不斷為低空經濟的增長提供動力。低空經濟與復合材料的緊密聯系在技術進步和產業升級中得到體現。隨著全球對低空領域的政策逐漸放寬，以及新材料和工藝的不斷涌現，復合材料在低空航空器領域的應用正面臨前所未有的機遇。讓我們來深入了解一下低空航空器中使用的復合材料。
1、碳纖維復合材料
低空經濟的快速增長不僅為物流、農業、緊急救援、旅游等多個行業帶來了創新性的變革，也為復合材料，尤其是碳纖維的使用提供了巨大的發展空間。
碳纖維因其輕質、高強度、耐腐蝕等特性，成為低空飛行器制造的理想材料。它不僅能夠減輕飛行器的重量，還能提升性能和經濟效益，成為傳統金屬材料的有效替代品。據中國復合材料工業協會引用Stratview的數據，空中汽車中超過90%的復合材料為碳纖維，剩余約10%為玻璃纖維。在eVTOL飛行器中，碳纖維被廣泛應用于結構部件和推進系統，占比約75-80%，而內部應用如橫梁、座椅結構等占12-14%，電池系統、航空電子設備等占8-12%。
國內領先的eVTOL制造商，如億航智能、小鵬匯天、峰飛航空等，在其設計方案中均采用了碳纖維復合材料。例如，小鵬匯天的旅航者X2的旋翼槳葉和起落架也使用了碳纖維復合材料。這些應用展示了碳纖維在低空經濟中的重要作用，同時也預示著對碳纖維的大量需求。
隨著全球對低空領域的政策逐步放開，以及新材料、新工藝的不斷涌現，碳纖維在低空飛行器中的應用正迎來前所未有的發展機遇。預計單臺eVTOL對碳纖維的需求量在100-400kg之間，這為碳纖維產業鏈相關企業的發展和升級提供了廣闊的空間。
預計到2030年，eVTOL的全球訂單量將達到8000架，其中商務電動飛機約1700架，其余為eVTOL，約為6300架。eVTOL的機身結構大量采用碳纖維復合材料，單臺eVTOL對碳纖維需求在 100-400kg 之間，有望拉動千噸級需求。這種材料的使用量占到了機身自重的70%以上，其中超過90%的復合材料為碳纖維。按照碳纖維與樹脂7:3的比例計算，單臺eVTOL對碳纖維的需求量大約在97-363公斤之間。因此，隨著eVTOL產業的快速發展，預計將為碳纖維帶來600-2300噸的增量需求。
2、玻璃纖維復合材料
玻璃纖維增強塑料（GFRP）以其耐腐蝕、耐高低溫、耐輻射、阻燃和抗老化的特性，在低空飛行器如無人機的制造中發揮著重要作用。這種材料的應用有助于減輕飛行器重量，增加有效載荷，節省能源，并實現美觀的外觀設計。因此，GFRP已成為低空經濟中的關鍵材料之一。
在低空飛行器的生產過程中，玻璃纖維布被廣泛用于機身、機翼、尾翼等關鍵結構部件的制造。其輕質特性有助于提高飛行器的巡航效率，并提供更強的結構強度和穩定性。
對于需要優異透波性能的部件，例如雷達罩和整流罩，通常采用玻璃纖維復合材料。例如，高空長航時無人機和美國空軍的RQ-4“全球鷹”無人機，其機翼、尾翼、發動機艙和后機身使用碳纖維復合材料，而雷達罩和整流罩則選用玻璃纖維復合材料，以確保信號的清晰傳輸。
中國商飛生產的ARJ21支線客機使用了大約2%的復合材料，其中包括在方向舵和翼梢小翼上使用的碳纖維/環氧樹脂復合材料，以及在翼身整流罩和機頭雷達罩上使用的玻璃纖維/環氧樹脂復合材料。在航空航天領域，玻璃纖維的應用不僅限于提升結構性能，它在飛機的外觀設計中也扮演著重要角色。
例如，玻璃纖維布可以用于制造飛機的整流罩和窗戶，這不僅提升了飛機的外觀美感，還增強了乘坐的舒適度。同樣，在衛星設計中，玻璃纖維布也可用于構建太陽能電池板和天線的外表面結構，從而提升衛星的外觀和功能可靠性。
3、芳綸纖維復合材料
采用仿生天然蜂巢的六邊形結構設計的芳綸紙蜂窩芯材，因其優異的比強度、比剛度和結構穩定性而備受推崇。此外，這種材料還具備良好的隔音、隔熱和阻燃性能，在燃燒過程中產生的煙霧和毒性都非常低，這些特性使其在航空航天和高速運輸工具的高端應用中占據了一席之地。
盡管芳綸紙蜂窩芯材的成本較高，但它常被選作飛機、導彈、衛星等高端裝備的關鍵輕質材料，特別是在需要寬頻透波性能和大剛性次受力結構部件的制造中。
輕量化效益
芳綸紙作為關鍵的機身結構材料，在eVTOL這類低空經濟的主要飛行器中發揮著至關重要的作用，尤其是作為碳纖維蜂窩夾心層的使用，這一技術已經被全球領先的eVTOL制造商，如Joby、Archer、億航和峰飛等廣泛采用。
在無人機領域，Nomex蜂窩材料（芳綸紙）的應用同樣廣泛，它被用于機體外殼、機翼蒙皮和前緣等部位。例如，法國制造的奧科爾多用途無人機豺2樣機就采用了玻璃纖維/碳纖維/芳綸纖維復合材料的設計。
泰和新材在上海復材展上展示的無人機起落架和管材結構件，就是由芳綸復合材料制成，這些部件通過芳綸預浸料的搓管工藝制備，主要用于低空飛行器，具有輕量化和高韌性的特點。
防護性能
芳綸纖維在無人機的防護部件和防彈裝甲中的應用，顯著提升了無人機在惡劣環境下的生存性，并保護了關鍵部件不受損害。
4、其他夾芯復合材料
低空飛行器，例如無人機，在制造過程中除了使用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維等增強材料外，還廣泛采用了蜂窩、膠膜、泡沫塑料和泡沫膠等夾層結構材料。
在夾芯材料的選擇上，常用的有蜂窩夾芯（如紙蜂窩、Nomex蜂窩等）、木質夾芯（如樺木、桐木、松木、椴木等）以及泡沫塑料夾芯（如聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯泡沫塑料）。
泡沫夾層結構因其防水、漂浮的特性以及能夠整體填充機翼、尾翼內部結構空腔的工藝優勢，在無人機機體結構中得到了廣泛應用。
以美國波音公司開發的X-45A無人戰斗機為例，其機身采用了低溫固化預浸料，而機翼則采用了泡沫樹脂夾芯（FMC）技術，顯著降低了制造成本，比傳統方法減少了一半。
在設計低速無人機時，對于強度要求不高、形狀規則、大曲面且易于鋪放的部件，如前翼安定面、垂尾安定面、機翼安定面等，通常采用蜂窩夾層結構。對于形狀復雜、小曲面的部件，如升降舵面、方向舵面、副翼舵面等，則傾向于使用泡沫夾層結構。而對于需要較高強度的夾層結構，可能會選擇木質夾層。對于那些同時需要高輕度和高剛度的部件，如機身蒙皮、T型梁、L型梁等，則通常采用層壓板結構。這些部件的制造需要預成型，并根據所需的面內剛度、彎曲強度、扭轉剛度和強度要求，選擇合適的增強纖維、基體材料、纖維含量及層合板，以及設計不同的鋪設角度、層數和鋪層順序，并通過不同的加熱溫度和加壓壓力進行固化。（來源：互聯網）
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