През последните години безпилотните летателни апарати (дронове) са широко използвани в различни области - от селското стопанство, инспекцията на инфраструктурата, разследването на бедствия и други промишлени приложения до приложения за свободното време. Има различни видове безпилотни летателни апарати, но основният поток е многороторни самолети с четири или повече ротора за контрол на движението и височината. Фюзелажът с много крила трябва да бъде както лек за увеличаване на полезния товар, така и твърд, за да поддържа тягата. Въпреки че конструкцията е лесна за производство, трябва да се имат предвид някои проблеми, като например увеличаването на теглото поради свързването на множество части и ограничаването на структурата на тялото поради формата на материала. За да се постигне преносимост и функционалност, това е идеален начин да се използва 3D CFRP за производство на фюзелаж. Чрез оптимизиране на подреждането на материала може да се елиминира определено количество ненужен материал и влакната да се ориентират, за да се възползват от анизотропията спрямо натоварването. Оптимизиране на структурата на фюзелажа по топология Сътрудническият екип проектира първоначалната форма на горната част за анализ, използвайки съществуващия фюзелаж като основа. Въпреки че съществуващите конструкции на фюзелажа имат ръбове, те преработват гладки, непрекъснати повърхности и подходящи ъгли на тяга, като се вземе предвид обработваемостта на формата. Центърът е плосък и може да побере антената на GPS приемника.
Модел на първоначална форма за анализ. Центърът е плосък и може да побере антената на GPS приемника.
Съществуващият корпус е изработен от ABS смола с дебелина около 1,5 мм и има напълно затворена структура от мономерна обвивка. Поради тази причина, черупка с дебелина 2 mm се използва като модел за анализ за изчисляване на проектния обхват. Тъй като въглеродните влакна ще бъдат поставени на равна площ около GPS антената, тази област не е включена в обхвата на дизайна. Фюзелажът се състои от горната и долната част на фюзелажа, които са свързани чрез множество съединения и винтове. Състоянието на закрепване се симулира чрез свързване на винтови позиционни елементи. Гранични условия и резултати от оптимизация на топологията
Когато самолет витае във въздуха, тялото е подложено на различни сили, които са трудни за измерване или оценка. В този проект, като модел на случай, без да се използват реални условия, екипът фиксира основата, върху която ще бъде прикрепен товарът, и създава условия за шест различни вариации на натоварване / въртящ момент, приложени към четирите ъгъла на ротора (товарен случай). След това се определя формата, която произвежда най -висока твърдост при шест различни случая на натоварване. Резултатите от анализа на тази статия са резултати от оптимизация за конкретната ситуация на модела и не могат да бъдат широко прилагани към действителната машина.
Препроектиране на формата според резултатите от оптимизацията Като се имат предвид всичките шест случая на натоварване, резултатите от оптимизацията водят до формата, напълно покрита от относително еднакъв модел на мрежата. Задаването на множество гранични условия може да доведе до потенциално високопроизводителни резултати. Резултатите от анализа са данни от мрежови конечни елементи, които не могат да се използват като CAD данни. Следователно подобрената форма на фюзелажа се реконструира според резултатите. Метод на производство: персонализираната технология за поставяне на влакна (TFP) персонализираното поставяне на влакна е един от методите, използвани за направата на заготовки, при които куп непрекъснати дълги въглеродни влакна са пришити към основната кърпа. Въпреки че методът е приложен в части за самолети и други приложения, в Япония почти няма търговски случай и бъдещото развитие на бизнеса може да се очаква чрез въвеждане на технологията възможно най -скоро. В това изследване, с помощта на този метод, въглеродните влакна са подредени според резултатите от оптимизацията, за да подобрят работата на самолета, без да губят анизотропия. Тъй като заготовката е направена в плоска форма, заготовката трябва да бъде проектирана по такъв начин, че формата след оформянето да е плоска и разгъната, така че 3D формата да може да бъде реконструирана във формата по време на процеса на формоване.
VARTM CFRP формоване VARTM е технология за формоване при прехвърляне на смола (RTM), при която матрицата се използва за формоване и вакуумно налягане се всмуква по време на импрегниране с течна смола. Заготовка се поставя в едностранна алуминиева форма (женска форма върху външната повърхност на фюзелажа) и се запечатва с опаковъчен материал. Вакуумно засмукване се използва за подпомагане на импрегнирането на термореактивни смоли, които след това се втвърдяват в автоклав. Поради малко по -големия размер на заготовката, влакната на първия прототип са назъбени. За да се коригира това, във фазата на проектиране на втория прототип размерите се регулират чрез промяна на стойността на изместване между централната равнина на заготовката и повърхността на фюзелажа. Първият прототип има проблеми с качеството, включително недостатъчно импрегниране на смола във въглеродните влакна и остатъчно пространство и кухини в снопа от въглеродни влакна. В процеса на вакуумиране, импрегниране и производство в автоклав бяха приети следните мерки за противодействие: промяна на процеса на рязане на стъклена тъкан; Намалете вискозитета на смолата; Обръщане на формата на страната на настройката на заготовката; Променете процеса на импрегниране. Резултатите показват, че ефектът на импрегниране на стъклена тъкан е по -добър, но има повече кухини по повърхността и вътрешността на снопа от въглеродни влакна. Понастоящем са необходими допълнителни изследвания за подобряване на качеството на формованите части. Екипът проведе летателни тестове на самолета и оцени неговата приложимост. Пилотът изпробва маневреността. Резултатите са задоволителни, тъй като реакцията по време на кормилното управление е по -добра от тази на самолетите със ABS смола. Очаква се комбинацията от оптимизация на топологията и CFRP материали да осигури високоефективни структурни части с лека и висока твърдост. Това проучване потвърждава, че триизмерната CFRP структура може да бъде оформена чрез използване на заготовка TFP върху многокрило тяло. В бъдеще, чрез натрупване на знания за проектиране на заготовки и методи за формоване на композитни въглеродни влакна, може да се очаква, че той ще бъде широко използван в различни продукти от аерокосмическата област.
