Unmanned Aerial Vehicle (UAV), allgemein als „Drohne“ bezeichnet, ist ein Luftfahrzeug, das ohne einen menschlichen Piloten an Bord mithilfe von Funkfernsteuerung und an Bord programmierten Steuerungssystemen oder im vollständig oder zeitweise autonomen Betrieb über Bordcomputer betrieben wird . Als neuer Luftfahrzeugtyp unterscheiden sich Drohnen hinsichtlich der Einsatzanforderungen und Missionsziele von bemannten Luftfahrzeugen. Drohnen erfordern in der Regel kostengünstige, leichte Strukturen, hohe Tarnfähigkeiten, lange Flugdauern und eine lange Lagerfähigkeit. Für unbemannte Kampfflugzeuge gelten außerdem Anforderungen an eine hohe Manövrierfähigkeit und eine erhebliche Überlastfähigkeit.

Aufgrund der Eigenschaften von Verbundwerkstoffen, wie z. B. hohe spezifische Festigkeit, hoher spezifischer Modul, gute Designbarkeit, hervorragende Ermüdungsbeständigkeit, verbesserte Tarnfähigkeit, lange Lebensdauer und gute Stoßdämpfung, Die meisten Drohnenstrukturen bestehen aus Verbundwerkstoffen. Dazu gehören Komponenten wie Rumpf, Flügel, Höhenleitwerke, Seitenleitwerke, Heckstützen, Steuerflächen und Fahrwerk.

Der Einsatz von Verbundwerkstoffen in Drohnenstrukturen kann das Gewicht um 20 bis 30 % reduzieren. Derzeit betrachtet die Branche die Menge der verwendeten Verbundmaterialien als einen wichtigen Indikator für die Messung des Fortschritts einer Drohne und verlangt im Allgemeinen, dass sie etwa 60 bis 80 % erreicht. Allerdings gibt es in den Vereinigten Staaten bereits Drohnen, die eine Vollverbundstruktur erreicht haben, wobei der Einsatz von Verbundwerkstoffen über 90 % beträgt.


Die Anwendung von Verbundwerkstoffen im Drohnenbereich umfasst die weitverbreitete Verwendung von Kohlenstofffasern auf Polyacrylnitril (PAN)-Basis und Nomex-Wabenmaterialien für den Rumpf, die Flügelhäute und die Vorderkanten der Drohne. Carbonfaserplatten und Schaumstoffe auf PAN-Basiswerden häufig zur Herstellung von Schaumstoff-Sandwich-Verbundwerkstoffen oder PAN-basierten Kohlefaserrohren verwendet, die häufig als Hauptträger in Drohnen verwendet werden. Kevlar-Fasermaterialien werden an Propellern, Rümpfen und Verbindungsstücken angebracht, um die Ermüdungsfestigkeit und Schlagfestigkeit deutlich zu verbessern.

Bei mittelgroßen bis großen unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) bestehen die primären tragenden Strukturen aus Metall, während andere Komponenten aus Verbundmaterialien bestehen. Kleine bis mittlere UAVs verwenden Kohlenstofffasern, Glasfasern und Hybridmaterialien, während unbemannte Kampfflugzeuge hauptsächlich Kohlenstofffaserverbundstoffe und Aramidfasern verwenden. Kleine, langsame Drohnen nutzen Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Papierwaben und Holzmaterialien.

Da Drohnen bei ihrem strukturellen Design die physiologischen Grenzen menschlicher Bediener nicht berücksichtigen müssen, können sie sich stärker auf die Optimierung der Manövrierfähigkeit konzentrieren, was zu einer Materialauswahl führt, die sich von bemannten Flugzeugen unterscheidet. Die Verwendung von Verbundwerkstoffen verbessert die Stealth-Fähigkeiten der Flugzeugzelle erheblich.

Da Polymere nicht leitend sind, tragen sie erstens dazu bei, die Bildung von Streufeldern für Detektionswellen zu vermeiden. Zweitens spielt der Einsatz von Verbundwerkstoffen eine entscheidende Rolle bei der effektiven Kombination von struktureller Integrität und Funktionalität. Beispielsweise kann der Einsatz von Stealth-Materialien die Radarwellenreflexion der Flugzeugzelle erheblich reduzieren. Schließlich trägt die Integration von Verbundwerkstoffen zur Gesamtintegrität der Flugzeugzelle bei und ermöglicht ein glattes, einheitliches Design, das durch die Vermeidung von Nähten, Befestigungselementen und anderen Unregelmäßigkeiten, die Erkennungswellen streuen könnten, Tarnung gewährleistet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Designentscheidungen die Tarnung von Drohnen effektiv verbessern. Statistiken zeigen, dass viele Länder auf der ganzen Welt in Drohnen in großem Umfang fortschrittliche Verbundwerkstoffe verwenden, die hauptsächlich aus Kohlefasern bestehen und 60 bis 80 % der gesamten Strukturmasse ausmachen, was zu einer Gewichtsreduzierung von über 25 % führt. Daher werden immer mehr tragende Strukturen in Drohnen aus Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen entworfen und hergestellt, die sich von zunächst nicht tragenden Konstruktionen entwickeln.

Das Design von co-gehärteten Verbundstrukturen für Drohnen zielt darauf ab, eine bessere Gewichtsreduzierung, eine höhere Nutzlastkapazität und eine längere Lebensdauer zu erreichen. Leichtbau aus Verbundwerkstoffen ist ein moderner Trend im UAV-Design, der sich auf integrierte Strukturkonstruktion und Fertigung konzentriert. Da die Verwendung von Verbundwerkstoffen zunimmt, nimmt die Komplexität der Strukturen weiter zu. Daher ist es wichtig, das Potenzial von Verbundwerkstoffen voll auszuschöpfen, das Gewicht deutlich zu reduzieren und die Montagebeziehungen durch integrierte Strukturen zu vereinfachen, was auch die Produktionsprozesse verkürzt.

Typischerweise werden Drohnenstrukturen aus Platten-, Balken- und Rippenkonfigurationen gebildet, die dann durch Kleben bei Raumtemperatur zusammengefügt werden. Der Prozess beginnt mit der Verklebung einer Seite der Platte mit dem Rahmen, gefolgt von der Verklebung mit der anderen Platte, wobei die Klebequalität nicht überwacht werden kann. Ziel dieses Projekts ist die Erforschung und Etablierung einer Methode zur gemeinsamen Aushärtung von Wandpaneelen und Balken in einem einzigen Schritt (Mitteltemperaturaushärtung), die eine höhere Verbindungsfestigkeit, höhere Zuverlässigkeit, kürzere Montagezyklen und deutlich geringere Kosten bietet und gleichzeitig die Kosten senkt Bedarf an Befestigungselementen.

Die Co-Curing-Design- und Fertigungstechnologie ist fortschrittlich und ermöglicht eine bessere Nutzung der Vorteile von Verbundwerkstoffen, wie z. B. hohe Designflexibilität, hohe spezifische Festigkeit und hoher spezifischer Modul. Dies ermöglicht weiteres Leichtbaudesign und erreicht Ziele wie eine Reduzierung des Gesamtgewichts, eine erhöhte Nutzlastkapazität und eine längere Lebensdauer.

Die Anwendung von Verbundwerkstoffen hat sich von nicht tragenden und sekundär tragenden Bauteilen zu primär tragenden Bauteilen weiterentwickelt. Die Entwicklungstrends gehen hin zu größeren, stärker integrierten und kostengünstigeren Lösungen. Die gesamte Umformtechnologie von Verbundwerkstoffen zielt darauf ab, leichte, effiziente und kostengünstige Lösungen zu erreichen, indem die Anzahl der Komponenten und Befestigungselemente in komplexen und großen Strukturen reduziert wird. Innerhalb dieser gesamten Umformtechnologie hat die Co-Curing-Umformtechnologie Vorrang, da sie zu leichten Verbundbauteilen mit minimaler Verformung führt.