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2023-06-23
无人机机身材料的选择与导电性的重要性
【摘要】：根据无人机机型选择的不同，使用的材料也往往存在差别，如在固定翼无人机中，最常见的材料还是泡沫塑料，这种材料非常轻便、便宜而且易于制作与修复。事后师弟不无愧疚的总结原因：原来他忘记检查机身的导电性，而那次实验中使用的无人机机身材料正好是某种导电碳纤维，他在调试电路板时没有据此做好绝缘措施从而导致这次事故。
图5.41 航空工业应该是最早使用复合材料的行业之一，空客A350中复合材料占比在50%以上（图片来源：pixabay）
无人机要根据任务要求进行设计。无论是无人机生产厂家、创业团队、爱好者、行业应用者还是工程师，都希望无人机材料既轻便，又结实，韧性好，绝缘性好，耐热，耐腐蚀……然而这样的材料对于飞行高度达到对流层或平流层，飞行速度突破音障的空天飞行器与续航不到半小时，飞行高度一般在百米左右，飞行速度被强行限制在20m/s以内的四旋翼无人机系统，其价值一定是不相同的。绝对意义下的最优没有意义，在各种约束条件、成本考量、任务限制下产生的“最合适”才是在具体环境中“最优”的真实体现。
对于无人机爱好者，拆卸方便，结构布局简单直接，价格合理的多旋翼机身可以作为首选。而对于在无人机厂家工作的工程师、设计师而言，要能够根据自己的核心竞争力进行有的放矢的选择，比如本公司整体或者当下产品项目的技术重点在飞控或智能算法方面，或者在某一项传感器上，那么无人机机身材料的选择能够满足基本的消费产品需求和行业标准即可。这一方面有助于缓解公司或项目团队的生产链的压力，另一方面有助于将更多资源、精力投入到核心环节上，快速实现项目推进或产品迭代；对于科研机构内的研发人员，如果研究内容涉及到无人机和相关材料的交叉领域，那么机身部分是重点研究对象，至于无人机系统的其他组成部分只要满足系统实现就可以了。
图5.42 无论是DIY配件还是厂家无人机产品，都已广泛使用碳纤维材料，熟悉常见材料的基本性能是无人机工程师的必修课
无人机机身常见的材料主要包括金属材料，高分子材料中的各类塑料、纤维等，有时木材也会被用在无人机制作中。根据无人机机型选择的不同，使用的材料也往往存在差别，如在固定翼无人机中，最常见的材料还是泡沫塑料，这种材料非常轻便、便宜而且易于制作与修复。固定翼无人机不具备定点起降能力，在降落时往往会给机身带来一定磨损，这时在飞机底部贴一些胶带可以方便地起到保护功能。而在多旋翼无人机中常用材料如铝制材料、碳纤维材料、玻璃纤维材料等，这些材料相比于泡沫塑料而言具有更高的硬度，然而炸机事故发生后一旦造成这些材料的损坏，再想修复就不那么容易了。
特别提醒读者在进行机身选择时需注意材料的导电性。记得有一次，在实验室里，一名师弟在平衡仪上调试八轴多旋翼时整个无人机突然烧了起来，呼呼的火苗让人印象深刻。事后师弟不无愧疚的总结原因：原来他忘记检查机身的导电性，而那次实验中使用的无人机机身材料正好是某种导电碳纤维，他在调试电路板时没有据此做好绝缘措施从而导致这次事故。安全在整个无人机系统设计和工程实践中都是至关重要的。
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