Безпілотний літальний апарат (БПЛА) - це аеродинамічний літак, який не вимагає перевозити персонал. Він може літати автоматично і керувати віддалено, і його можна відновити або використовувати один раз. Він успішно застосовується в цивільних полях для патрулювання катастроф, моніторингу навколишнього середовища, аерофотозйомки, запобігання лісовим вогнем та метеорологічним спостереженням. У військових галузях він перетворився на безпілотні бойові системи для військової розвідки, придушення повітряної енергії, електронної війни та глибокого перехоплення. Як новий тип авіаційної зброї, він стане домінуючою силою в повітряному бою!. Через те, що безпілотники мають лише знищення літаків і жодних жертв, їх розвиток був дуже швидким. Основними аспектами дизайну кузова безпілотників є структурна форма та вибір матеріалів, а розумна структурна форма є необхідною умовою для структури безпілотників для задоволення вимог до проектування. Перевага проектування структури безпілотника полягає в тому, що він не потребує розгляду фізіологічної витривалості людини під час польоту, а також не вимагає особливого розгляду структури та матеріалів для стелс та анти балістичних можливостей. Тільки враховуючи структурні показники безпілотника, може забезпечити встановлення передового повітряного обладнання!
Зниження ваги - це вічна тема в дизайні кузова безпілотників. Порівняно з алюмінієвими профілями та сталь, унікальний легкий ефект композитних матеріалів з вуглецевого волокна також став основною тенденцією в легкій вазі безпілотників, а це означає, що він може продовжити час у дорозі або збільшити корисне навантаження місії. В даний час кількість композиційних матеріалів з вуглецевого волокна, що використовуються в передових безпілотних літальних транспортних засобах у світі, як правило, становить від 60% до 80% від загальної ваги старовинних літальних конструкцій і навіть досягає понад 90%. Зниження ваги структур безпілотного повітряного транспортного засобу може досягти від 30% до 5%. Композитні матеріали з вуглецевого волокна можуть бути оптимізовані та розроблені відповідно до вимог міцності та жорсткості безпілотних літальних транспортних засобів, що відповідає характеристикам інтегрального формування компонентів, таких як фюзеляж безпілотників та крила. Корозійна стійкість смоляної матриці композитних матеріалів може дозволяти безпілотнику в різких середовищах тривалий час, що робить їх легкими для обслуговування та ремонту
У процесі розробки різних типів структур безпілотників вони здобули одностайне визнання від усіх сторін і широко використовувались, ставши основним матеріалом багатьох моделей літальних апаратів. Це відіграє вирішальну роль у легкій вазі, мініатюризації та високоефективній структурі безпілотників. Далі, виходячи з нашого минулого досвіду роботи та сучасних умов виготовлення композитних матеріалів з вуглецевого волокна, ми запровадемо легку технологію для тіл безпілотників.
Технологія проектування композиційного матеріалу Тіло безпілотників
1. Аналіз композитних структурних одиниць для безпілотників для безпілотників для безпілотників
Ця модель безпілотника належить до категорії невеликих літальних апаратів і може витримувати низькі навантаження під час польоту. Його конструктивна конструкція полегшує широке використання легких композитних матеріалів з вуглецевого волокна та їх бутербродів, і прагне до стисної структури для зменшення виробничих витрат.
Тіло цієї моделі безпілотника в основному приймає сендвіч -структуру Nomex HONTHONCOM, а основна структурна форма показана на наступному малюнку.
Ця бутербродна конструкція складається з високоміцних композитних внутрішніх та зовнішніх панелей та низької міцності в легких основних матеріалів, які мають переваги легкої ваги, жорсткості та міцності високої згину, сильної здатності проти нестабільності, стійкості до втоми, абсорбції звуку та відновлення тепла. Верхня і нижня панелі несуть основні напруги на розтяг та стиск, тоді як основний матеріал в основному має напругу зсуву. Основний матеріал використовується для перетворення верхніх і нижніх панелей в інтегральну складову: тонка панель не згинається, коли піддається високому напруженому напрузі, а сила зсуву передається з панелі на внутрішню панель, яка може дати можливість панелі та ядро функціонувати в цілому, повністю реалізуючи високі сили та жорсткість конструкції шаруватої, залежно від виконання панелі, основної та основної згинання.
Завдяки хорошій жорсткості згинання бутербродної структури, яка може ефективно координувати його критичний рівень напруги для нестабільності та допустимий рівень напруги для статичної міцності, безпілотні повітряні транспортні засоби можуть бути розроблені на основі статичної міцності. Зовнішня панель бутерброда безпілотника розроблена як двошарова ламінована дошка з вуглецевої волокна, яка може витримати в площині навантаження та аеродинамічні сили крила. Вибір основних матеріалів враховує зниження ваги та обробку ваги, вибираючи невелику клітинну низьку щільність NOMEX HONTYCOMB; Внутрішня панель розроблена як шар тканини з вуглецевого волокна, який дуже тонкий і нерівномірний через вплив стільових клітин під час ліплення. Статична міцність у площині лише враховує навантажувальну ємність зовнішньої панелі, тоді як сотні та внутрішні панелі розроблені на основі стабільності.
Напружні промені та стінки в складовій структурі тіла безпілотних літальних транспортних засобів розроблені як композитні ламінати, а ребра крила виготовлені з авіаційних ламінатів та їх бутербродів. Враховуючи характеристики загального процесу формування композитних матеріалів, шкірку сендвіч-структури, навантажувальні промені, стіни та ребра крила кузова літака, розроблені як композитні матеріали, склеєні крила, тобто ліплення навантажувальних променів, стіни та ребра крила та з'єднання внутрішньої панелі структури сендвічів завершуються одночасно. Це може усунути потребу в клейовому складі компонентів, що є досить ефективним для зменшення ваги безпілотників, впорядкування виробничих процесів та покращення якості складання компонентів.
2. Конструкція кузова безпілотників на основі композиційних матеріалів
Конструкція конструкцій композитних матеріалів для безпілотних літальних транспортних засобів потребує стислої структури, з декількома компонентами, розробленими як ціла структура, якомога більше, значно зменшуючи кількість з'єднувачів та кріплень, тим самим зменшуючи вагу структури та кількості областей концентрації напруги, спричинених складаннями, спрощуючи підтримку та відновлення структури літака; Прийняття цілісної структурної конструкції може спростити співвідношення сили передачі літака, полегшити розумну передачу сили, забезпечити безперервність структурних характеристик міцності та жорсткості та полегшити загальну коригування та вдосконалення структурної конструкції. Впровадження загальної структурної конструкції, враховуючи процес формування композиційних матеріалів, може покращити структуру
У процесі розробки певної моделі тіла безпілотників ми прийняли композитну структуру вуглецевого волокна для всіх компонентів тіла для досягнення більшої точній точній. Дизайнерські матеріали та їх бутербродні конструкції та інтегрують концепцію загального вилікування та зв'язування CO протягом усього процесу проектування. Компоненти композитного кузова з вуглецевого волокна цієї моделі безпілотника включають сім частин: фюзеляж, кришка фюзеляжу, крила, елерони, вертикальний хвіст, плоский хвіст та підтримка хвоста. Контурна схема безпілотника показана на наступному малюнку.
Конкретна схема проектування компонентів композитного кузова з вуглецевого волокна з безпілотних літальних транспортних засобів така
1) Структура фюзеляжу - це тулуб безпілотника, який використовується для перевезення обладнання, встановлення двигунів та перевезення корисних навантажень. Структура фюзеляжу складається з чотирьох поздовжніх навантажувальних променів, що несуть ω-шкіри фюзеляжу та вісім паралельних розташованих поперечних арматурних ребер, як показано на схемі поперечного перерізу внизу. Навантажувальний промінь-це композитна ламінована структура пластини. Шкіра фюзеляжу приймає композитний матеріал внутрішніх і зовнішніх панелей, з бутербродною структурою посередині, а матеріал сендвіч - сотня Nomex. А армовані ребра рамки шаруються композитними матеріалами, а сендвіч -матеріал виготовлений з авіаційної фанери. Чотири промені та шкіру збираються та з'єднані клейовим склеюванням, а армований реберна рама використовується для підтримки форми поперечного перерізу фюзеляжу та передачі концентрованих навантажень.
2) Фюзеляжа
Кришка фюзеляжу - це окремий компонент на шкірі фюзеляжу, а структурна форма матеріалу така ж, як і у шкіри фюзеляжу. Це композитний матеріал з вуглецевого волокна з верхньою та нижньою панелями та бутербродною структурою посередині, а матеріал сендвіч - Nomex HONTYCOMB. Тут товщина капота також така ж, як і шкіра фюзеляжу. Кришка тіла підключена до тіла, використовуючи Snap на болтах, і його можна розібрати повторно. Поперечний переріз кришки фюзеляжу показано на малюнку.
3) Структура крила
Крило - це основна підйомна поверхня безпілотника, симетрична з обох боків, з'єднана з фюзеляжем, несучи аеродинамічні навантаження та генерування необхідної сили підйому для руху безпілотника. Крило приймає композитну конструкцію сендвічів з вуглецевого волокна, щоб забезпечити достатню міцну підтримку та легку вагу. Гладка потокова лінія та точна форма можна отримати за допомогою формування цвілі, тим самим покращуючи структурну ефективність, аеродинамічну еластичність та характеристики контролю безпілотника.
Крило безпілотника складається з верхніх і нижніх шкур, передніх і задніх U-подібних балів та 16 поперечних ребер, як показано на діаграмі. Навантаження на згин та зсув крила в основному передаються передніми і задніми U-подібними променями, тоді як крутний момент передається структурою, що складається з верхніх і нижніх шкур та передніх і задніх U-подібних променів. Поперечні ребра підтримують шкірну та променеву павутину та передають локалізовані концентровані навантаження. Вид поперечного перерізу крила показаний на малюнку.
Шкіра в основному має напругу зсуву, а утворюючий матеріал приймає композитні та зовнішні панелі з вуглецевого волокна, із бутербродною структурою посередині, а матеріал сендвіч - Nomex HONTONCOM. Крилі ребра приймають композитну бутербродну структуру з вуглецевого волокна, а матеріал сендвіч виготовлений з авіаційної фанери.
Передні та задні U-подібні промені приймають попередньо сформовану композитну ламіновану конструкцію пластини. Всі балки, крилі ребра та верхня і нижня шкура збираються шляхом скріплення, спрощуючи процес складання та уникаючи необхідності відкрити отвори для складання для встановлення кріплення.
4) Структура елерона
Ейрон має невеликий розмір, а його форма показана на малюнку 8.35. Металеві частини обертового вала потрібно закріплювати всередині, тому вибрано конструкцію сендвіч -піни. Ця структура складається з верхніх і нижніх шкур, наповнених жорсткою піною поліуретану та двома крилами. Його поперечний розділ показаний на малюнку. Навантаження в основному передається шкірою, а тверда пінопласт відіграє допоміжну роль. Шкіра розроблена як композитна панель з лише одним шаром тканини з вуглецевого волокна, який може нести як нормальний напружений стрес, так і напруга зсуву під щільною опорою пінопластового ядра. Крило ребра - це авіаційна дошка шару, в основному використовується для розміщення вісь обертання металу.
5) Вертикальна структура хвоста
Горизонтальний вимір вертикального хвоста невеликий, і вибрано структуру пінопласту. Ця структура безпосередньо складається з верхніх і нижніх шкурів, наповнених жорсткою піною поліуретану. Навантаження в основному передається шкірою, а тверда пінопласт відіграє допоміжну роль. Шкіра розроблена як композитна панель з одношаровою тканиною з вуглецевого волокна. За допомогою щільної опори пінопластового ядра він може нести як нормальний стрес, так і напруга зсуву
6) Плоска хвостова конструкція
Плоский хвіст складається з верхніх і нижніх шкур, стін та 4 крилових ребер. Навантаження на згинання в основному передається шкірою, навантаження зсуву передається стінкою, а крутний момент передається структурою, що складається зі шкіри та стінки. Крилі ребра підтримують поверхню крила шкіри та передають локально концентровані навантаження. У цій структурі шкіру потрібно протистояти як нормальному стресу, так і напрузі зсуву, тому вона розроблена як композитна бутербродна структура, яка може протистояти нормальним напруженням у площині. Сендвіч -матеріал - Nomex HONTYCOMB. Стіна - це композитна бутербродна структура, а матеріал сендвіч вибирається як фанера авіації. Матеріал крила ребра - це авіаційна ламінована дошка.
7) Структура підтримки хвоста
Tail Strut-це навантажувальний компонент, який з'єднує крило та хвостовий плавник. Відіграє роль перенесення всіх навантажень з хвостового крила до крила. Форма, що несуть навантаження, схожа на консольний промінь, який повинен протистояти двонаправленій силі зсуву, двонаправленому моменту згинання та крутного моменту. Тому хвостова брекет приймає композитну матеріал з вуглецевого волокна кругова трубка. Ця кругла трубка виготовляється шляхом розтяжної екструзійної обмотки, яка може виробляти більш тривалі трубопровідні фурнітури та вирізати їх відповідно до розмірів проектування.
3. Розробка та аналіз композитних матеріалів з вуглецевого волокна для безпілотних літальних транспортних засобів
1) Аналіз структурного проектування показує, що композитні матеріали з вуглецевого волокна можуть підвищити втому продуктивності конструкцій. Тому аналіз структурного проектування в основному фокусується на структурному статичному аналізі міцності та аналізі стійкості, а використання методів інженерного розрахунку в проекті є дуже ефективним.
2) Структурний статичний аналіз міцності
Статичний аналіз міцності та розрахунок конструкції проводяться відповідно до теорії інженерного променя. Структурна міцність контролюється допустимим штамом, а структурна жорсткість контролюється відповідно до вимог деформації
3) Аналіз стабільності шкіри
Розрахунок конструкції стабільності шкірної структури сендвіч -конструкції може здійснюватися відповідно до відповідних методів у посібнику з проектування композитного матеріалу. Стабільність шкіри структури сендвічів з пінопласту потрібно проаналізувати та обчислювати шляхом рівняння кривизни відхилення та енергетичного методу
4) Аналіз стабільності навантажувальних променів
Загальний критичний напруження для нестабільності навантажувальних балків, як правило, обчислюється у вигляді напруги. Однак через те, що в структурах безпілотників навантажувальний промінь зазвичай пов'язаний з шкірою і підтримується шкірою, критичний стрес для нестабільності, обчислене у вигляді стрижня Ейлера, є відносно консервативним.