В останні роки безпілотні літальні апарати (безпілотні літальні апарати) широко використовуються в різних сферах, починаючи від сільського господарства, інспектування інфраструктури, розслідування катастроф та інших галузей промисловості до застосування для дозвілля. Існують різні типи БПЛА, але основним напрямком є багатороторні літаки з чотирма і більше роторами для управління рухом і висотою. Багатокрилий фюзеляж повинен бути як легким для збільшення вантажопідйомності, так і жорстким для підтримки тяги. Незважаючи на те, що конструкція проста у виготовленні, слід враховувати деякі проблеми, такі як збільшення ваги через з'єднання кількох деталей та обмеження структури кузова через форму матеріалу. Для досягнення портативності та функціональності це ідеальний спосіб використання 3D CFRP для виробництва фюзеляжу. Оптимізуючи розташування матеріалу, можна усунути певну кількість непотрібного матеріалу та орієнтувати волокна, щоб скористатися анізотропією щодо навантаження. Оптимізація структури фюзеляжу за допомогою топології Спільна команда розробила початкову форму верхньої частини для аналізу, використовуючи існуючий фюзеляж як основу. Хоча існуючі конструкції фюзеляжу мають кромки, вони переробляють гладкі, суцільні поверхні та адекватні кути тяги, враховуючи оброблюваність форми. Центр плоский і вміщує антену приймача GPS.
Початкова модель форми для аналізу. Центр плоский і може вмістити антену приймача GPS.
Існуючий корпус виготовлений зі смоли ABS товщиною близько 1,5 мм і має повністю закриту структуру мономерної оболонки у формі мішка. З цієї причини в якості моделі аналізу для розрахунку проектного діапазону використовується оболонка товщиною 2 мм. Оскільки вуглецеве волокно розміщуватиметься на плоскій ділянці навколо антени GPS, ця область не входить у сферу розробки. Фюзеляж складається з верхньої частини і нижньої частини фюзеляжу, які з'єднані безліччю з'єднань і гвинтів. Стан кріплення імітується за допомогою сполучних елементів положення гвинта. Граничні умови та результати оптимізації топології
Коли літак летить у повітрі, на тіло впливають різні сили, які важко виміряти або оцінити. У цьому проекті, як модельний випадок без використання фактичних умов, команда визначила базу, на якій буде навантажуватися навантаження, і створила умови для шести різних варіантів навантаження / крутного моменту, застосованих до чотирьох кутів ротора (навантажувальний корпус). Потім визначається форма, яка забезпечує найбільшу жорсткість при шести різних навантаженнях. Результати аналізу цієї статті є результатами оптимізації для конкретної моделі моделі і не можуть бути широко застосовані до реальної машини.
Переробити форму відповідно до результатів оптимізації Враховуючи всі шість випадків навантаження, результати оптимізації призводять до того, що форма повністю покривається відносно однорідним візерунком сітки. Встановлення кількох граничних умов може призвести до потенційно високих результатів. Результати аналізу - це дані сітчастих кінцевих елементів, які не можна використовувати як дані САПР. Таким чином, покращена форма фюзеляжу реконструюється відповідно до результатів. Спосіб виготовлення: індивідуальна технологія укладання волокон (TFP) - це один із способів виготовлення заготовок, при якому на основну тканину пришивають купу безперервних довгих вуглецевих волокон. Хоча цей метод був застосований в авіаційних частинах та інших сферах застосування, в Японії майже немає комерційного випадку, і на майбутній розвиток бізнесу можна очікувати, встановивши технологію якомога швидше. У цьому дослідженні за допомогою цього методу вуглецеві волокна розташовуються відповідно до результатів оптимізації, щоб підвищити продуктивність літака без втрати анізотропії. Оскільки заготовка виконана у плоскій формі, заготовка повинна бути сконструйована таким чином, щоб форма після формування була плоскою та розгорнутою, щоб 3D -форму можна було реконструювати у формі під час процесу формування.
Формування VARTM CFRP VARTM - технологія лиття під тиском (RTM), в якій прес -форма використовується для формування, а під час просочення рідкою смолою застосовується вакуумне відсмоктування під тиском. Заготовку поміщають в односторонню алюмінієву форму (жіноча форма на зовнішній поверхні фюзеляжу) і герметизують пакетируючим матеріалом. Вакуумне всмоктування використовується для просочення термореактивних смол, які потім затвердіють в автоклаві. Через дещо більший розмір заготовки волокна першого прототипу мають зазубрення. Для того, щоб це виправити, на етапі проектування другого прототипу розміри регулюються шляхом зміни значення зміщення між центральною площиною заготовки та поверхнею фюзеляжу. Перший прототип має проблеми з якістю, включаючи недостатнє просочення смолою у вуглецевому волокні та залишковий простір та порожнечі у пучку вуглецевого волокна. У процесі вакуумного пакетування, просочення та виробництва в автоклаві були прийняті такі заходи протидії: зміна процесу різання склотканини; Зменшити в'язкість смоли; Зміна сторони форми прес -форми; Змініть процес просочення. Результати показують, що ефект просочення скляної тканини кращий, але на поверхні та всередині пучка вуглецевого волокна є більше порожнеч. В даний час необхідні подальші дослідження для поліпшення якості формованих деталей. Команда провела льотні випробування на літаку та оцінила його доцільність. Пілот випробував маневреність. Результати задовільні, оскільки реакція під час кермування краща, ніж у літаків зі смолою з ABS. Очікується, що поєднання оптимізації топології та матеріалів CFRP забезпечить високоефективні структурні деталі з легкістю та високою жорсткістю. Це дослідження підтвердило, що тривимірну структуру CFRP можна сформувати за допомогою заготовки TFP на корпусі з декількома крилами. У майбутньому, накопичивши знання щодо дизайну заготовки та методів формування композитних вуглецевих волокон, можна очікувати, що вона буде широко використовуватися у різних виробах з аерокосмічної галузі.
