碳纤维引领飞行器与无人机的新纪元

碳纤维引领飞行器与无人机的新纪元

碳纤维复合材料凭借其轻质、高强度、耐腐蚀等特性，已经成为低空飞行器和无人机制造中的理想材料。无论是小鹏汇天的旅航者X2还是亿航智能的eVTOL飞行器，都广泛采用了碳纤维复合材料。这种材料不仅能显著减轻飞行器的重量，提升性能和经济效益，还在推动整个低空经济产业的发展中起到了关键作用。随着全球对低空领域的政策逐渐放宽，碳纤维复合材料在飞行器和无人机中的应用将迎来前所未有的发展机遇。

碳纤维复合材料是一种由碳纤维与树脂等基体材料复合而成的高性能材料。它具有以下显著优势：

1. 轻质高强：碳纤维复合材料的密度仅为1.5-2.0g/cm³，不到钢的1/4，但其抗拉强度却高达3500MPa以上，是钢的7-9倍。这种优异的比强度（强度与密度之比）使其成为航空航天领域的理想材料。

2. 耐腐蚀性：碳纤维复合材料具有出色的耐腐蚀性能，能够在恶劣的环境中长期使用，无需额外的防腐处理。

3. 设计灵活性：碳纤维复合材料可以通过改变纤维的铺层方向和厚度来优化结构性能，满足不同部位的强度要求。

4. 减震降噪：碳纤维复合材料具有良好的吸能特性，能够有效降低飞行器的振动和噪音。

碳纤维复合材料在飞行器中的应用可以追溯到20世纪60年代。最初，它被用于制造飞机的结构件，如机翼和机身。相比传统的金属材料，碳纤维复合材料具有更轻的重量和更高的强度，可以提高飞机的性能和燃油效率。

随着技术的进步，碳纤维复合材料的应用范围逐渐扩大。现在，它不仅用于制造飞机的结构件，还用于制造飞机的内饰和外壳。例如，飞机座椅和仪表板可以使用碳纤维复合材料制造，以减轻飞机的重量并提高乘客的舒适度。

此外，碳纤维复合材料还被应用于航空航天器的制造。航天器需要具备轻质和高强度的特性，以应对恶劣的空间环境。碳纤维复合材料可以满足这些要求，并且具有出色的耐腐蚀性能，可以在太空中长时间使用。

无人机技术自诞生以来，轻量化一直是该研发领域追求的目标。碳纤维复合材料与传统金属材料相比，具有质量轻、强度高、耐疲劳等优点，因此碳纤维复合材料在无人机上的应用成为无人机领域主要的研究方向。碳纤维复合材料应用于无人机结构件的制造，能极大地改善和提高无人机的性能。近年来，世界各国在无人机制造中大量使用碳纤维复合材料，使用量占其结构总量的60%～80%，可使机体减重25%以上。

碳纤维复合材料的结构构型设计灵活多变，其中三明治夹芯结构是一种重要的结构减重方法，该方法以碳纤维增强复合材料作为蒙皮，形成碳纤维—芯材—碳纤维的复合夹芯结构。这种三明治夹芯结构在保持力学性能的同时能显著减轻重量，在一定程度上降低了无人机的制造成本。

小鹏汇天的“陆地航母”

小鹏汇天在2025年CES上展示了其最新的分体式飞行汽车“陆地航母”。这款飞行汽车的飞行器部分大量采用了碳纤维复合材料。机身主体结构和桨叶都使用碳纤维，兼顾高强度和轻量化。飞行器为电动六旋翼双涵道构型，桨叶和机臂均可折叠。配备全域800V碳化硅高压平台，电量从30%充至80%最快仅需18分钟。在满电的情况下可以支撑飞行器5~6次飞行。飞控系统拥有三套智能飞控和导航系统，符合航空和车规的双重环境适应性与电磁兼容性要求。

亿航智能的EH216-S

亿航智能则携带其EH216-S无人驾驶载人航空器亮相2024低空经济发展大会。该型号航空器可坐2人，机身宽度达到5.73米，8轴16桨，高度1.93米，最大设计速度达到130千米每小时，最大航程30公里，最大航时为25分钟。机身主体结构采用碳纤维复合材料，兼具轻量化和高强度的特点，有效提升了载荷能力和续航时间。

低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。其相关产品主要包括无人机、eVTOL（电动垂直起降飞行器）、直升飞机、传统固定翼飞机等，涉及居民消费和工业应用两大场景。

2021年2月，低空经济写入《国家综合立体交通网规划纲要》。去年底举行的中央经济工作会议提出“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”。今年全国两会，“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”被写入政府工作报告。

中国民用航空局副局长韩钧表示，低空经济作为战略性新兴产业，产业链条长，涵盖航空器研发制造、低空飞行基础设施建设运营、飞行服务保障等各产业；应用场景丰富，既包括传统通用航空业态，又融合了以无人机为支撑的低空生产服务方式；在工业、农业、服务业等领域都有广泛应用，对构建现代产业体系具有重要作用，发展空间极为广阔。

事实上，在垂直高度1000米以下的低空空域蕴藏着大产业：在高层建筑打开窗户收快递，早高峰打“飞的”通勤，吃无人机种的农产品，乘坐eVTOL旅游……低空经济的发展红利，有望在不远的未来惠及每个人。

韩钧介绍，低空经济涉及的农林植保、电力巡检等传统通航作业近年均保持稳步增长，空中游览、航空运动、医疗救护等新业态也在加速发展，“根据部分研究机构测算，2023年中国低空经济规模已超过5000亿元，2030年有望达到2万亿元”。

中国低空经济相关产业中，无人机产业优势显著。韩钧介绍，2023年，中国注册无人机数量达126.7万架，同比增长32.2%；无人机飞行时长达2311万小时，同比增长11.8%。截至2023年底，中国共有无人机设计制造单位约2000家、运营企业近2万家。“无人机在个人消费、地理测绘、影视航拍等领域应用基础上，应急救援、通信中继、气象探测等应用场景不断被开发，无人机物流已实现规模化应用。”韩钧说。

针对不同场景，《方案》提出，将继续深化通用航空装备在应急救援、物流配送、城市空中交通、新型通用航空消费等领域的示范应用。

中国航空工业集团有限公司科技委副主任吴希明表示，除发展势头良好的城市物流配送外，低空产业还有3个赛道值得关注：“一是绿色城市管理，以小型无人机为平台，开展城市巡检等活动；二是城际智慧交通，以eVTOL等新型航空器为平台，解决民众出行问题；三是大型无人货运，以大型货运无人机为主要平台，解决偏远地区的大型物流配送问题。”吴希明说。

尽管碳纤维复合材料在飞行器和无人机中的应用前景广阔，但仍面临一些挑战：

1. 成本问题：碳纤维复合材料的制造成本相对较高，限制了其在大规模生产中的应用。随着技术进步和规模化生产，成本有望逐步降低。

2. 维修维护：碳纤维复合材料的维修和维护比传统材料更加困难，需要专门的技术和设备。这要求行业建立相应的维修服务体系。

3. 低空空域开放：目前全国通航使用低空空域不足30%且未成网连片。同时，国内通航机场数量较少、地区分布不均衡，大部分机场功能较单一，还难以满足多元化服务需求。

4. 基础设施建设：低空经济的发展需要配套的基础设施支持，包括起降场地、充电/加油设施、通信导航设施等。

5. 政策法规：低空空域管理、飞行器适航认证、飞行安全监管等方面的政策法规需要进一步完善。

尽管面临诸多挑战，但随着技术进步和政策支持，碳纤维复合材料在飞行器和无人机中的应用前景依然广阔。它不仅能够推动低空经济的发展，还将为人们的生产和生活方式带来革命性的变化。从空中物流到应急救援，从城市空中交通到农业植保，碳纤维复合材料正在为低空经济插上科技的翅膀，开启一个全新的时代。