Kenderaan udara tanpa pemandu (UAV) adalah pesawat aerodinamik yang tidak memerlukan kakitangan untuk dibawa. Ia boleh terbang secara automatik dan membimbing dari jauh, dan boleh dipulihkan atau digunakan sekali. Ia telah berjaya digunakan dalam bidang awam untuk rondaan bencana, pemantauan alam sekitar, fotografi udara, pencegahan kebakaran hutan, dan pemerhatian meteorologi. Dalam bidang ketenteraan, ia telah berkembang menjadi sistem tempur tanpa pemandu untuk peninjauan ketenteraan, penindasan kuasa udara, peperangan elektronik, dan pemintasan yang mendalam. Sebagai jenis senjata penerbangan baru, ia akan menjadi daya dominan dalam pertempuran udara!. Kerana hakikat bahawa drone hanya mempunyai kemusnahan pesawat dan tidak ada korban, perkembangan mereka sangat pesat. Aspek utama reka bentuk badan drone adalah bentuk struktur dan pemilihan bahan, dan bentuk struktur yang munasabah adalah prasyarat untuk struktur drone untuk memenuhi keperluan reka bentuk. Kelebihan merancang struktur drone adalah bahawa ia tidak memerlukan pertimbangan ketahanan fisiologi manusia semasa penerbangan, dan tidak memerlukan pertimbangan khusus struktur dan bahan untuk keupayaan stealth dan anti balistik. Hanya memandangkan prestasi struktur drone dapat memastikan pemasangan peralatan udara maju!
Pengurangan berat badan adalah tema abadi dalam reka bentuk badan drone. Berbanding dengan profil aluminium dan keluli, kesan ringan yang unik dari bahan komposit serat karbon juga menjadi trend arus perdana dalam drone ringan, yang bermaksud ia dapat melanjutkan masa perjalanan atau meningkatkan muatan misi. Pada masa ini, jumlah bahan komposit serat karbon yang digunakan dalam kenderaan udara tanpa pemandu di dunia umumnya 60% hingga 80% daripada jumlah berat struktur pesawat purba, dan bahkan mencapai lebih dari 90%. Pengurangan berat struktur kenderaan udara tanpa pemandu boleh mencapai 30% hingga 5%. Bahan komposit serat karbon boleh dioptimumkan dan direka mengikut keperluan kekuatan dan kekakuan kenderaan udara tanpa pemandu, memenuhi ciri -ciri pengacuan integral komponen seperti pesawat drone dan sayap. Rintangan kakisan matriks resin bahan komposit dapat membolehkan pesawat digunakan dalam persekitaran yang keras untuk masa yang lama, menjadikannya mudah untuk mengekalkan dan membaiki
Dalam proses pembangunan pelbagai jenis struktur drone, mereka telah mendapat pengiktirafan sebulat suara dari semua pihak dan telah digunakan secara meluas, menjadi bahan utama banyak model pesawat. Ini memainkan peranan penting dalam ringan, kecil, dan prestasi tinggi struktur drone. Seterusnya, berdasarkan pengalaman kerja masa lalu kami dan keadaan pembuatan bahan -bahan komposit serat karbon, kami akan memperkenalkan teknologi ringan untuk badan drone.
Teknologi reka bentuk badan drone bahan komposit
1. Analisis unit struktur komposit serat karbon untuk drone
Model drone ini tergolong dalam kategori pesawat kecil dan boleh menahan beban rendah semasa penerbangan. Reka bentuk strukturnya memudahkan penggunaan bahan komposit serat karbon ringan dan struktur sandwic mereka, dan berusaha untuk struktur ringkas untuk mengurangkan kos pembuatan.
Tubuh model drone ini terutamanya mengamalkan struktur sandwic Nomex Honeycomb, dan bentuk struktur asas ditunjukkan dalam angka berikut.
Struktur sandwic ini terdiri daripada panel dalaman dan luaran komposit serat karbon tinggi dan bahan teras ringan berkekuatan rendah, yang mempunyai kelebihan berat ringan, kekakuan lentur yang tinggi dan kekuatan, keupayaan ketidakstabilan anti yang kuat, rintangan keletihan, penyerapan bunyi dan pembaikan haba. Panel atas dan bawah menanggung tegangan tegangan dan mampatan utama, manakala bahan teras terutamanya menanggung tekanan ricih. Bahan teras digunakan untuk membuat panel atas dan bawah menjadi komponen penting: panel nipis tidak bengkok apabila tertakluk kepada tegangan tegangan yang tinggi, dan daya ricih dihantar dari panel ke panel dalam, yang membolehkan panel dan teras berfungsi secara keseluruhan, sepenuhnya menyedari kekuatan khusus dan kekukuhan ciri -ciri teras.
Oleh kerana kekukuhan lenturan struktur sandwic yang baik, yang dapat menyelaraskan tahap tekanan kritikalnya secara berkesan untuk ketidakstabilan dan tahap tekanan yang dibenarkan untuk kekuatan statik, kenderaan udara tanpa pemandu boleh direka berdasarkan kekuatan statik. Panel luar struktur sandwic drone direka sebagai papan laminated kain serat karbon dua lapisan, yang dapat menahan beban dalam pesawat dan daya aerodinamik sayap. Pemilihan bahan teras mengambil kira pengurangan berat badan dan proses pengurangan, memilih sel kecil berkepadatan rendah Nomex sarang lebah; Panel dalaman direka sebagai lapisan kain serat karbon, yang sangat nipis dan tidak sekata kerana pengaruh sel sarang lebah semasa proses pencetakan. Kekuatan statik dalam pesawat hanya menganggap kapasiti galas beban panel luar, manakala panel sarang lebah dan dalaman direka berdasarkan kestabilan.
Rasuk dan dinding yang mengandungi beban dalam struktur badan komposit dari kenderaan udara tanpa pemandu direka sebagai laminate komposit, dan tulang rusuk sayap diperbuat daripada laminates penerbangan dan struktur sandwic mereka. Memandangkan ciri-ciri proses pencetakan keseluruhan bahan komposit, kulit struktur sandwic, rasuk beban, dinding, dan tulang rusuk sayap badan pesawat direka bentuk sebagai bahan komposit CO yang terikat pada permukaan, ia Ini dapat menghapuskan keperluan untuk pemasangan komponen pelekat, yang agak berkesan dalam mengurangkan berat pesawat, menyelaraskan proses pengeluaran, dan meningkatkan kualiti pemasangan komponen.
2. Reka bentuk badan drone berdasarkan bahan komposit
Reka bentuk struktur bahan komposit untuk kenderaan udara tanpa pemandu memerlukan struktur ringkas, dengan pelbagai komponen yang direka sebagai struktur keseluruhan sebanyak mungkin, dengan ketara mengurangkan bilangan penyambung dan pengikat, dengan itu mengurangkan berat struktur dan bilangan kawasan clunstry tekanan yang disebabkan oleh pemasangan, memudahkan penyelenggaraan dan pembaikan struktur pesawat; Mengguna pakai reka bentuk struktur holistik dapat memudahkan hubungan penghantaran daya pesawat, memudahkan penghantaran kekuatan yang munasabah, memastikan kesinambungan kekuatan struktur dan kekakuan, dan memudahkan pelarasan keseluruhan dan penambahbaikan reka bentuk struktur. Melaksanakan reka bentuk struktur keseluruhan semasa dengan mengambil kira proses pencetakan bahan komposit dapat meningkatkan struktur
Dalam proses pembangunan model badan drone tertentu, kami mengguna pakai struktur komposit serat karbon untuk semua komponen badan untuk mencapai ketepatan yang lebih besar. Bahan reka bentuk dan struktur sandwic mereka, dan mengintegrasikan konsep keseluruhan pengawetan CO dan ikatan CO sepanjang proses reka bentuk keseluruhan. Komponen badan komposit serat karbon model drone ini termasuk tujuh bahagian: fiuslaj, penutup pesawat, sayap, aileron, ekor menegak, ekor rata, dan sokongan ekor. Gambar rajah drone ditunjukkan dalam angka berikut.
Skim reka bentuk khusus untuk komponen badan komposit serat karbon kenderaan udara tanpa pemandu adalah seperti berikut
1) Struktur fiuslaj adalah badan drone, yang digunakan untuk membawa peralatan, memasang enjin, dan membawa muatan. Struktur fiuslaj terdiri daripada empat rasuk berbentuk beban longitudinal, kulit pesawat, dan lapan tulang rusuk tetulang melintang yang disusun selari, seperti yang ditunjukkan dalam rajah keratan rentas di bawah. Rasuk bearing beban adalah struktur plat berlamina komposit. Kulit pesawat mengamalkan panel dalaman dan luar bahan komposit, dengan struktur sandwic di tengah, dan bahan sandwic adalah Nomex Honeycomb. Rusuk bingkai bertetulang berlapis dengan bahan komposit, dan bahan sandwic diperbuat daripada papan lapis penerbangan. Empat rasuk dan kulit dipasang dan dihubungkan dengan ikatan pelekat, dan bingkai tulang rusuk bertetulang digunakan untuk menyokong bentuk keratan rentas fiuslaj dan menghantar beban pekat.
2) penutup fiuslaj
Perlindungan pesawat adalah komponen yang berasingan pada kulit pesawat, dan bentuk struktur bahan adalah sama dengan kulit fiuslaj. Ia adalah bahan komposit serat karbon dengan panel atas dan bawah dan struktur sandwic di tengah, dan bahan sandwic adalah sarang lebah Nomex. Ketebalan hud juga sama dengan kulit pesawat di sini. Perlindungan badan disambungkan ke badan menggunakan snap pada bolt dan boleh dibongkar berulang kali. Bahagian rentas penutup fiuslaj ditunjukkan dalam angka tersebut.
3) Struktur sayap
Sayap adalah permukaan mengangkat utama drone, simetri di kedua -dua belah pihak, yang disambungkan ke fiuslaj, yang mengandungi beban aerodinamik dan menghasilkan daya angkat yang diperlukan untuk pergerakan drone. Sayap mengamalkan struktur sandwic komposit serat karbon untuk memastikan sokongan yang cukup kuat dan ringan. Streamline lancar dan bentuk yang tepat boleh diperolehi melalui pembentukan acuan, dengan itu meningkatkan kecekapan struktur, keanjalan aerodinamik dan ciri -ciri kawalan drone.
Sayap drone terdiri daripada kulit atas dan bawah, rasuk berbentuk U, dan 16 tulang rusuk melintang, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Beban lenturan dan ricih sayap terutamanya ditransmisikan oleh rasuk berbentuk U dan belakang, manakala tork ditransmisikan oleh struktur yang terdiri daripada kulit atas dan bawah dan rasuk berbentuk U dan belakang Utama dan belakang. Rusuk melintang menyokong web dan balok dan menghantar beban pekat setempat. Pandangan keratan rentas sayap ditunjukkan dalam angka tersebut.
Kulit terutamanya menanggung tekanan ricih, dan bahan pembentukan mengamalkan panel dalaman dan luar komposit serat karbon, dengan struktur sandwic di tengah, dan bahan sandwic adalah Nomex Honeycomb. Rusuk sayap mengamalkan struktur sandwic komposit serat karbon, dan bahan sandwic diperbuat daripada papan lapis penerbangan.
Rasuk berbentuk U dan belakang Urasion mengadopsi struktur plat berlamina serat karbon yang terbentuk. Rasuk, tulang rusuk sayap, dan kulit atas dan bawah semuanya dipasang dengan ikatan, memudahkan proses pemasangan dan mengelakkan keperluan untuk membuka lubang pemasangan untuk pemasangan pengikat.
4) Struktur Aileron
Aileron adalah saiz kecil, dan bentuknya ditunjukkan dalam Rajah 8.35. Bahagian logam aci berputar perlu diperbaiki di dalam, jadi struktur sandwic buih dipilih. Struktur ini terdiri daripada kulit atas dan bawah yang dipenuhi dengan buih poliuretana tegar dan dua tulang rusuk sayap. Bahagian melintangnya ditunjukkan dalam angka. Beban ini disebarkan oleh kulit, dan teras busa keras memainkan peranan sokongan. Kulit direka sebagai panel komposit dengan hanya satu lapisan kain serat karbon, yang boleh menanggung tekanan normal dan tegasan ricih di bawah sokongan padat teras buih. Rusa sayap adalah papan lapisan penerbangan, terutamanya digunakan untuk meletakkan paksi putaran logam.
5) Struktur ekor menegak
Dimensi mendatar ekor menegak adalah kecil, dan struktur sandwic buih dipilih. Struktur ini secara langsung terdiri daripada kulit atas dan bawah yang dipenuhi dengan busa poliuretana tegar. Beban ini disebarkan oleh kulit, dan teras busa keras memainkan peranan sokongan. Kulit direka sebagai panel komposit dengan kain serat karbon tunggal lapisan. Dengan sokongan padat teras buih, ia dapat menanggung tekanan normal dan tekanan ricih
6) Struktur ekor rata
Ekor rata terdiri daripada kulit atas dan bawah, dinding, dan 4 tulang rusuk sayap. Beban lenturan terutamanya dihantar oleh kulit, beban ricih dihantar oleh dinding, dan tork dihantar oleh struktur yang terdiri daripada kulit dan dinding. Rusuk sayap menyokong permukaan sayap kulit dan menghantar beban daya pekat tempatan. Dalam struktur ini, kulit perlu menahan tekanan normal dan tekanan ricih, jadi ia direka sebagai struktur sandwic komposit yang dapat menahan tekanan normal dalam pesawat. Bahan sandwic adalah Nomex Honeycomb. Dinding adalah struktur sandwic komposit, dan bahan sandwic dipilih sebagai papan lapis penerbangan. Bahan rusuk sayap adalah papan berlapis penerbangan.
7) Struktur sokongan ekor
Strut ekor adalah komponen beban yang menghubungkan sayap dan sirip ekor. Memainkan peranan memindahkan semua beban dari sayap ekor ke sayap. Bentuk bearing beban adalah serupa dengan rasuk cantilever, yang perlu menahan daya ricih bidirectional, momen lenturan bidirectional, dan tork. Oleh itu, pendakap ekor mengamalkan tiub pekeliling bahan komposit serat karbon. Tiub bulat ini dihasilkan oleh penggulungan penyemperitan regangan, yang boleh menghasilkan kelengkapan paip yang lebih panjang dan memotongnya mengikut dimensi reka bentuk.
3. Reka bentuk dan analisis bahan komposit serat karbon untuk kenderaan udara tanpa pemandu
1) Analisis reka bentuk struktur menunjukkan bahawa bahan komposit serat karbon dapat meningkatkan prestasi keletihan struktur. Oleh itu, analisis reka bentuk struktur terutamanya memberi tumpuan kepada analisis kekuatan statik struktur dan analisis kestabilan, dan menggunakan kaedah pengiraan kejuruteraan dalam reka bentuk adalah sangat berkesan.
2) Analisis kekuatan statik struktur
Analisis kekuatan statik dan pengiraan struktur dijalankan mengikut teori rasuk kejuruteraan. Kekuatan struktur dikawal oleh ketegangan yang dibenarkan, dan kekakuan struktur dikawal mengikut keperluan ubah bentuk
3) Analisis Kestabilan Kulit
Pengiraan reka bentuk kestabilan kulit struktur sandwic sarang lebah boleh dijalankan mengikut kaedah yang sepadan dalam manual reka bentuk bahan komposit. Kestabilan kulit struktur sandwic buih perlu dianalisis dan dikira dengan persamaan kelengkungan dan kaedah tenaga pesongan
4) Analisis kestabilan rasuk beban
Tekanan kritikal keseluruhan untuk ketidakstabilan rasuk beban beban umumnya dikira dalam bentuk rod ketegangan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh fakta bahawa dalam struktur drone, rasuk beban beban biasanya terikat pada kulit dan disokong oleh kulit, tekanan kritikal untuk ketidakstabilan yang dikira dalam bentuk rod Euler agak konservatif.