Un véhicule aérien sans pilote (UAV), communément appelé « drone », est un aéronef qui est exploité sans pilote humain à bord, à l'aide d'une télécommande radio et de systèmes de contrôle programmés embarqués, ou d'un fonctionnement entièrement ou par intermittence autonome via des ordinateurs de bord. . En tant que nouveau type d’avion, les drones diffèrent des avions pilotés en termes d’exigences opérationnelles et d’objectifs de mission. Les drones nécessitent généralement des structures légères et peu coûteuses, des capacités de furtivité élevées, de longues durées de vol et une longévité de stockage élevée. Pour les avions de combat sans pilote, il existe également des exigences en matière de maniabilité élevée et de capacité de surcharge importante.

En raison des caractéristiques des matériaux composites, telles que une résistance spécifique élevée, un module spécifique élevé, une forte capacité de conception, une excellente résistance à la fatigue, des performances furtives améliorées, une longue durée de vie et une bonne absorption des chocs, la plupart des structures de drones sont constituées de matériaux composites. Cela comprend des composants tels que le fuselage, les ailes, les stabilisateurs horizontaux, les stabilisateurs verticaux, les supports de queue, les gouvernes et le train d'atterrissage.

L'application de matériaux composites dans les structures des drones peut réduire le poids de 20 à 30 %. Actuellement, l'industrie considère la quantité de matériaux composites utilisés comme l'un des indicateurs importants pour mesurer l'avancement d'un drone, exigeant généralement qu'elle atteigne environ 60 à 80 %. Cependant, il existe déjà aux États-Unis des drones qui ont atteint une structure entièrement composite, avec une utilisation de matériaux composites dépassant les 90 %.


L'application de matériaux composites dans le domaine des drones comprend l'utilisation généralisée de fibres de carbone à base de polyacrylonitrile (PAN) et de matériaux en nid d'abeille Nomex pour le fuselage, les revêtements d'ailes et les bords d'attaque du drone. Feuilles et matériaux en mousse de fibre de carbone à base de PANsont couramment utilisés pour créer des composites sandwich en mousse ou des tubes en fibre de carbone à base de PAN, qui sont largement utilisés comme poutres principales dans les drones. Les matériaux en fibres Kevlar sont appliqués aux hélices, aux fuselages et aux connecteurs pour améliorer considérablement la résistance à la fatigue et aux chocs.

Pour les véhicules aériens sans pilote (UAV) de taille moyenne à grande, les structures porteuses principales sont constituées de métal, tandis que d'autres composants utilisent des matériaux composites. Les drones de petite et moyenne taille utilisent des fibres de carbone, des fibres de verre et des matériaux hybrides, tandis que les avions de combat sans pilote utilisent principalement des composites de fibres de carbone et des fibres d'aramide. Les petits drones à basse vitesse utilisent des fibres de carbone, des fibres d'aramide, du papier nid d'abeille et des matériaux en bois.

Étant donné que les drones n’ont pas besoin de prendre en compte les limites physiologiques des opérateurs humains dans leur conception structurelle, ils peuvent se concentrer davantage sur l’optimisation de la maniabilité, ce qui conduit à une sélection de matériaux différente de celle des avions pilotés. L'utilisation de matériaux composites améliore considérablement les capacités furtives de la cellule.

Premièrement, les polymères étant non conducteurs, ils contribuent à éviter la formation de champs de diffusion pour les ondes de détection. Deuxièmement, l’application de matériaux composites joue un rôle crucial en combinant efficacement intégrité structurelle et fonctionnalité. Par exemple, l'utilisation de matériaux furtifs peut réduire considérablement la réflexion des ondes radar de la cellule. Enfin, l'intégration de matériaux composites contribue à l'intégrité globale de la cellule, permettant une conception douce et unifiée qui assure la furtivité en évitant les coutures, les attaches et autres irrégularités qui pourraient disperser les ondes de détection.

En résumé, ces choix de conception améliorent efficacement la dissimulation des drones. Les statistiques montrent que de nombreux pays à travers le monde utilisent de manière significative des matériaux composites avancés principalement constitués de fibre de carbone dans les drones, représentant 60 à 80 % de la masse structurelle totale, ce qui entraîne une réduction de poids de plus de 25 %. En conséquence, de plus en plus de structures porteuses de drones sont conçues et fabriquées à l'aide de matériaux composites en fibre de carbone, évoluant à partir de conceptions initialement non porteuses.

La conception de structures composites co-durcies pour drones vise à obtenir une meilleure réduction de poids, une capacité de charge utile accrue et une endurance prolongée. La conception légère des matériaux composites est une tendance moderne dans la conception des drones, axée sur la conception et la fabrication structurelles intégrées. À mesure que l'utilisation des matériaux composites augmente, la complexité des structures continue d'augmenter, ce qui rend important d'exploiter pleinement le potentiel des composites, de réduire considérablement le poids et de simplifier les relations d'assemblage grâce à des structures intégrées, ce qui raccourcit également les processus de production.

En règle générale, les structures de drones sont formées à l’aide de configurations de plaques, de poutres et de nervures, qui sont ensuite assemblées par collage à température ambiante. Le processus commence par le collage d'un côté de la plaque sur le cadre, suivi du collage sur l'autre plaque, où la qualité de l'adhésif ne peut pas être contrôlée. Ce projet vise à explorer et à établir une méthode de co-durcissement de panneaux muraux et de poutres en une seule étape (durcissement à moyenne température), qui offre une plus grande force de liaison, une plus grande fiabilité, des cycles d'assemblage plus courts et des coûts considérablement inférieurs, tout en réduisant également le besoin d'attaches.

La technologie de conception et de fabrication de co-durcissement est avancée, permettant une meilleure exploitation des avantages des composites, tels qu'une flexibilité de conception élevée, une résistance spécifique élevée et un module spécifique élevé. Cela permet une conception encore plus légère, atteignant des objectifs tels que la réduction globale du poids, l'augmentation de la capacité de charge utile et l'endurance prolongée.

L'application des matériaux composites a évolué des composants non porteurs et porteurs secondaires aux composants porteurs primaires. Les tendances de développement évoluent vers des solutions plus vastes, plus intégrées et moins coûteuses. La technologie globale de formage des matériaux composites vise à obtenir des solutions légères, efficaces et rentables en réduisant le nombre de composants et de fixations dans les structures complexes et de grande taille. Au sein de cette technologie globale de formage, la technologie de formage par co-durcissement est prioritaire, car elle permet d'obtenir des composants composites légers avec une déformation minimale.