Vehículo aéreo no tripulado (UAV), comúnmente conocido como "dron", es una aeronave que se opera sin un piloto humano a bordo, utilizando control remoto por radio y sistemas de control programados a bordo, o operación total o intermitentemente autónoma a través de computadoras a bordo. . Como nuevo tipo de avión, los drones se diferencian de los aviones tripulados en términos de requisitos operativos y objetivos de misión. Los drones normalmente requieren estructuras livianas y de bajo costo, altas capacidades de sigilo, vuelos de larga duración y una alta longevidad de almacenamiento. Para los aviones de combate no tripulados, también existen requisitos de alta maniobrabilidad y una importante capacidad de sobrecarga.

Debido a las características de los materiales compuestos, como alta resistencia específica, alto módulo específico, fuerte designabilidad, excelente resistencia a la fatiga, rendimiento sigiloso mejorado, larga vida útil y buena absorción de impactos, la mayoría de las estructuras de los drones están hechas de materiales compuestos. Esto incluye componentes como el fuselaje, las alas, los estabilizadores horizontales, los estabilizadores verticales, los soportes de la cola, las superficies de control y el tren de aterrizaje.

La aplicación de materiales compuestos en estructuras de drones puede reducir el peso entre un 20% y un 30%. Actualmente, la industria considera la cantidad de materiales compuestos utilizados como uno de los indicadores importantes para medir el avance de un dron, requiriendo generalmente que alcance entre el 60% y el 80%. Sin embargo, ya hay drones en Estados Unidos que han logrado una estructura totalmente compuesta, con un uso de materiales compuestos superior al 90%.


La aplicación de materiales compuestos en el campo de los drones incluye el uso generalizado de fibras de carbono a base de poliacrilonitrilo (PAN) y materiales de nido de abeja Nomex para el fuselaje, los revestimientos de las alas y los bordes de ataque del drone. Láminas de fibra de carbono y materiales de espuma a base de PANse utilizan comúnmente para crear compuestos sándwich de espuma o tubos de fibra de carbono a base de PAN, que se utilizan ampliamente como vigas principales en drones. Los materiales de fibra de Kevlar se aplican a hélices, fuselajes y conectores para mejorar significativamente la resistencia a la fatiga y al impacto.

Para vehículos aéreos no tripulados (UAV) medianos y grandes, las estructuras de soporte de carga principales están hechas de metal, mientras que otros componentes utilizan materiales compuestos. Los UAV pequeños y medianos utilizan fibras de carbono, fibras de vidrio y materiales híbridos, mientras que los aviones de combate no tripulados emplean principalmente compuestos de fibra de carbono y fibras de aramida. Los drones pequeños y de baja velocidad utilizan fibras de carbono, fibras de aramida, papel en forma de panal y materiales de madera.

Dado que los drones no necesitan considerar los límites fisiológicos de los operadores humanos en su diseño estructural, pueden centrarse más en optimizar la maniobrabilidad, lo que lleva a una selección de materiales que difiere de la de los aviones tripulados. El uso de materiales compuestos mejora significativamente las capacidades sigilosas del fuselaje.

En primer lugar, debido a que los polímeros no son conductores, ayudan a evitar la formación de campos de dispersión para las ondas de detección. En segundo lugar, la aplicación de materiales compuestos juega un papel crucial a la hora de combinar eficazmente la integridad estructural con la funcionalidad. Por ejemplo, el uso de materiales sigilosos puede reducir en gran medida la reflexión de las ondas del radar del fuselaje. Por último, la integración de materiales compuestos contribuye a la integridad general de la estructura del avión, lo que permite un diseño suave y unificado que logra sigilo al evitar costuras, sujetadores y otras irregularidades que podrían dispersar las ondas de detección.

En resumen, estas opciones de diseño mejoran efectivamente el ocultamiento de los drones. Las estadísticas muestran que muchos países alrededor del mundo están utilizando significativamente materiales compuestos avanzados hechos principalmente de fibra de carbono en drones, que representan entre el 60% y el 80% de la masa estructural total, lo que resulta en una reducción de peso de más del 25%. Como resultado, cada vez se diseñan y fabrican más estructuras portantes en drones utilizando materiales compuestos de fibra de carbono, evolucionando a partir de diseños inicialmente sin capacidad de carga.

El diseño de estructuras compuestas cocuradas para drones tiene como objetivo lograr una mejor reducción de peso, una mayor capacidad de carga útil y una mayor resistencia. El diseño liviano de materiales compuestos es una tendencia moderna en el diseño de vehículos aéreos no tripulados, que se centra en el diseño y la fabricación estructurales integrados. A medida que aumenta el uso de materiales compuestos, la complejidad de las estructuras continúa aumentando, por lo que es importante utilizar plenamente el potencial de los compuestos, reducir significativamente el peso y simplificar las relaciones de ensamblaje a través de estructuras integradas, lo que también acorta los procesos de producción.

Por lo general, las estructuras de drones se forman utilizando configuraciones de placas, vigas y nervaduras, que luego se ensamblan mediante unión adhesiva a temperatura ambiente. El proceso comienza uniendo un lado de la placa al marco, seguido de la unión a la otra placa, donde no se puede controlar la calidad del adhesivo. Este proyecto tiene como objetivo explorar y establecer un método para co-curar paneles de pared y vigas en un solo paso (curado a temperatura media), que proporcione mayor fuerza de unión, mayor confiabilidad, ciclos de ensamblaje más cortos y costos significativamente más bajos, al mismo tiempo que reduce el necesidad de sujetadores.

El diseño de cocurado y la tecnología de fabricación son avanzados, lo que permite una mejor explotación de las ventajas de los compuestos, como la alta flexibilidad de diseño, la alta resistencia específica y el alto módulo específico. Esto permite un diseño más liviano, logrando objetivos como la reducción general del peso, una mayor capacidad de carga útil y una mayor resistencia.

La aplicación de materiales compuestos ha evolucionado desde componentes no portantes y secundarios hasta componentes primarios. Las tendencias de desarrollo avanzan hacia soluciones más grandes, más integradas y de menor costo. La tecnología de conformado general de materiales compuestos tiene como objetivo lograr soluciones livianas, eficientes y rentables al reducir la cantidad de componentes y sujetadores en estructuras grandes y complejas. Dentro de esta tecnología de conformado general, se prioriza la tecnología de conformado de cocurado, ya que da como resultado componentes compuestos livianos con una deformación mínima.