当前,低空装备产业发展提速,无人机公共服务和产业应用中的需求持续增长,但材料与制造环节高能耗、高排放、难回收等问题也愈发突出;主流机体多使用碳纤维、玻璃纤维复合材料及工程塑料,性能稳定成熟,却在生产能耗、综合成本和报废处置上面临压力。如何在确保安全与性能的前提下实现绿色化、轻量化、低成本,成为行业绕不开的现实课题。 基于此,竹基复合材料的工程化应用被视为一条可行路径。我国竹资源丰富,竹材可再生、固碳能力强,但长期以来高端应用场景有限,亟需以材料技术推动价值提升。此次首飞的竹基倾转旋翼无人机由国际竹藤中心牵头,联合北京航空航天大学宁波创新研究院和龙竹科技集团股份有限公司研制,并在天津欢喜机场完成首飞验证。该机采用垂直起降与固定翼结合的倾转旋翼布局,兼具较长航程、较快速度与垂直起降能力;翼展超过2.5米,整机重量约7公斤,平飞速度超过100公里/小时,续航时间达1小时以上。 更受关注的是材料创新带来的结构进展:该无人机结构中竹基复合材料占比超过25%,机身蒙皮结构全部采用自主研发的高性能竹基复合材料。据研发团队介绍,材料研制需同时满足力学性能、成型工艺与环境适应性等要求。团队参照适航对应的标准思路开展百余组实验,打通从竹资源筛选、材料配方与工艺控制,到无人机蒙皮结构制造的完整流程。试飞与验证结果显示,其力学强度、弹性模量、飞行平稳度、抗震能力等指标满足使用需求。 从影响看,竹基复合材料在无人机上的规模化应用,至少带来三上启示:其一,有助于深入减重并提升综合效益。相关数据显示,相比轻质高强的碳纤维方案,该无人机重量下降超过20%,为续航、载荷与机动性能优化留出空间。其二,有助于缓解制造成本压力。竹青薄片材成本约为普通碳纤维布的四分之一左右,且低于航空用碳纤维布价格,为工业级无人机森林防火、农业植保、生态监测、测绘地理信息、物流配送等场景的规模化部署创造条件。其三,有助于推动产业绿色转型。竹材的可再生属性叠加材料端减排潜力,为低空装备产业在“双碳”目标框架下探索更可持续的材料体系提供了可参考的样本。 不过,新材料走向更广泛应用仍需要系统性支撑。一上,要推进标准体系与验证体系建设。竹基复合材料不同气候、湿热、盐雾等环境下的长期稳定性与一致性,需要更严格、周期更长的工程验证,并形成可复制的检验与评价方法。另一上,要完善产业链协同与规模化制造能力。竹资源筛选、纤维化与复合工艺、质量控制、结构设计与维修体系等环节需进一步贯通,以降低批量化波动并提升良品率。同时,应把绿色材料与应用场景结合推进示范工程,通过典型任务牵引,形成“材料—结构—整机—运营”的闭环优化。 面向前景,低空经济正进入政策支持与市场需求共同驱动的新阶段。相应机构提出到2030年通用航空装备将更深融入生产生活各领域,市场规模有望迈上新台阶。随着行业对轻量化、低成本、可持续材料的需求不断增强,竹基复合材料的应用或将从无人机蒙皮向更多结构件拓展,并为航天领域材料创新提供新思路。有专家认为,竹基复合材料比强度、比刚度等指标上具备潜力,同时具备透波性、减震性等特性,未来在微型卫星结构件、航天器轻量化外壳各上仍有探索空间。总体看,此次首飞不仅是单一机型的技术验证,也发出材料创新与低空装备融合发展的信号,有望为产业降本增效与绿色转型提供新的技术路线。
竹基复合材料无人机的成功研制,展现了传统材料与现代科技的融合创新,也反映出我国在新材料与先进制造领域的探索方向。在生态文明建设与产业升级的双重推动下,“以竹代塑”等材料路线有望为航空制造提供更可持续的选择,并为全球绿色航空发展提供可借鉴的中国实践。