Unverled Aerial Voles (UAV) je aerodinamički zrakoplov koji ne zahtijeva da se osoblje nosi. Može letjeti automatski i voditi na daljinu, a može se jednom oporaviti ili koristiti. U civilnim se poljima uspješno koristio za patrolu katastrofe, nadzor okoliša, zračne fotografije, prevenciju šumskih požara i meteorološko promatranje. U vojnim poljima razvio se u bespilotne borbene sustave za vojnu izviđanje, suzbijanje zračne snage, elektroničko ratovanje i duboko presretanje. Kao nova vrsta zrakoplovstva, postat će dominantna sila u zračnoj borbi! Zbog činjenice da dronovi imaju samo uništenje zrakoplova i bez žrtava, njihov je razvoj bio vrlo brz. Ključni aspekti dizajna tijela dronova su strukturni oblik i odabir materijala, a razuman strukturni oblik preduvjet je da struktura bespilotne letjelice udovoljava dizajnerskim zahtjevima. Prednost dizajniranja strukture bespilotnih letjelica je u tome što ne zahtijeva razmatranje fiziološke izdržljivosti ljudi tijekom leta, niti je potrebno posebno razmatranje strukture i materijala za prikrivene i antilističke mogućnosti. Samo s obzirom na strukturne performanse drona može osigurati ugradnju napredne zračne opreme!
Smanjenje težine je vječna tema u dizajnu tijela bespilotnih letjelica. U usporedbi s aluminijskim profilima i čelikom, jedinstveni lagani učinak kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana također je postao glavni trend u laganom dronovima, što znači da može produžiti vrijeme putovanja ili povećati opterećenje misije. Trenutno je količina kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana koja se koriste u naprednim bespilotnim zračnim vozilima u svijetu uglavnom 60% do 80% ukupne težine drevnih zrakoplovnih struktura, pa čak i doseže preko 90%. Smanjenje težine struktura bespilotnih zračnih vozila može doseći 30% do 5%. Kompozitni materijali od karbonskih vlakana mogu se optimizirati i oblikovati prema zahtjevima čvrstoće i krutosti bespilotnih zračnih vozila, ispunjavajući karakteristike integralnog oblikovanja komponenata poput trupa bespilotne letjelice i krila. Otpornost na koroziju matrice kompozitnih materijala od smole može dugo omogućiti da se bespilotne letjelice koriste u teškim okruženjima, što ih olakšava održavanje i popravak.
U procesu razvoja različitih vrsta bespilotnih struktura, oni su stekli jednoglasno prepoznavanje svih strana i široko su se koristili, postajući glavni materijal mnogih modela zrakoplova. To igra ključnu ulogu u laganom, minijaturizaciji i visokim performansama bespilotnih struktura. Zatim, na temelju našeg dosadašnjeg radnog iskustva i trenutnih proizvodnih uvjeta kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana, unijet ćemo laganu tehnologiju za bespilotna tijela.
Dizajnerska tehnologija kompozitnog tijela bespilotnog letjelica
1. Analiza strukturnih jedinica kompozitnih ugljičnih vlakana za bespilotne letjelice
Ovaj model bespilotnih letjelica pripada maloj kategoriji zrakoplova i može izdržati niska opterećenja tijekom leta. Njegov strukturni dizajn olakšava opsežnu upotrebu laganih kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana i njihovih sendvič -struktura, te nastoji sažetu strukturu kako bi smanjili troškove proizvodnje.
Tijelo ovog modela bespilotnih letjelica uglavnom prihvaća strukturu sendviča Nomex saća, a osnovni strukturni oblik prikazan je na sljedećoj slici.
Ova struktura sendviča sastoji se od unutarnjih i vanjskih panela visoke čvrstoće ugljičnih vlakana i laganih jezgrenih materijala niske čvrstoće, koji imaju prednosti lagane težine, visoke krutosti savijanja i čvrstoće, snažne sposobnosti protiv nestabilnosti, otpornosti na zamor, apsorpcije zvuka i popravljanja topline. Gornja i donja ploča nose glavna zatečna i tlačna naprezanja, dok jezgrani materijal uglavnom nosi stres smicanja. Materijal jezgre koristi se za stvaranje gornjih i donjih ploča u integralnu komponentu: tanka ploča se ne savija kada je podvrgnuta visokoj zateznom naprezanju, a smična sila se s ploče prenosi na unutarnju ploču, što može omogućiti da ploča i jezgra funkcioniraju u cjelini, u potpunosti ostvarujući visoku specifičnu čvrstoću i krutost karakteristike slojeve, ovisno o temelju, temeljnim, na temelju.
Zbog dobre fleksibilne krutosti strukture sendviča, koja može učinkovito koordinirati njegovu kritičnu razinu stresa za nestabilnost i dopuštenu razinu stresa za statičku snagu, na temelju statičke snage mogu se dizajnirati bespilotna zračna vozila. Vanjska ploča strukture sendviča s bespilotnim letjelicama zamišljena je kao dvoslojna laminirana ploča od karbonskih vlakana, koja može izdržati opterećenja u ravnini i aerodinamičke sile krila. Odabir jezgrenih materijala uzima u obzir smanjenje težine i obradu oblikovanja, odabirom male stanice Nomex saće niske gustoće; Unutarnja ploča dizajnirana je kao sloj krpe od ugljičnih vlakana, što je vrlo tanko i neujednačeno zbog utjecaja stanica saća tijekom postupka lijevanja. Statička čvrstoća u ravnini razmatra samo opterećeni kapacitet vanjske ploče, dok su saće i unutarnje ploče dizajnirani na temelju stabilnosti.
Opterećene grede i zidovi u strukturi tijela kompozitnog materijala u bespilotnim zračnim vozilima dizajnirani su kao kompozitni laminati, a krilna rebra izrađena su od zrakoplovnih laminata i njihovih sendvič. S obzirom na karakteristike cjelokupnog postupka oblikovanja kompozitnih materijala, kože sendvič, kože, nosivaca, zidova i krila rebra zrakoplova, dizajnirane su kao kompozitne površine krila, odnosno oblikovanje snopa, zidova i krila i rebra. To može ukloniti potrebu za sastavljanjem komponenti ljepila, što je prilično učinkovito u smanjenju težine dronova, pojednostavljenju proizvodnih procesa i poboljšanju kvalitete sastavljanja komponenti.
2. Dizajn tijela bespilotnih letjelica na temelju kompozitnih materijala
Dizajn kompozitnih građevina materijala za bespilotna zračna vozila zahtijeva sažetu strukturu, s više komponenti koje su dizajnirane u cijeloj strukturi što je više moguće, značajno smanjujući broj priključaka i pričvršćivača, smanjujući na taj način težinu strukture i broj područja koncentracije stresa uzrokovano montažom, pojednostavljujući strukturu zrakoplova; Usvajanje holističkog konstrukcijskog dizajna može pojednostaviti odnos prijenosa sile zrakoplova, olakšati razumni prijenos sile, osigurati kontinuitet strukturne čvrstoće i karakteristike krutosti te olakšati ukupno prilagođavanje i poboljšanje strukturnog dizajna. Implementacija cjelokupnog strukturnog dizajna, uzimajući u obzir postupak oblikovanja kompozitnih materijala može poboljšati strukturu
U razvojnom procesu određenog modela tijela bespilotnih letjelica, usvojili smo kompozitnu strukturu ugljičnih vlakana za sve komponente tijela kako bismo postigli veću preciznost. Dizajnerske materijale i njihove strukture sendviča i integriraju koncept cjelokupnog CO stvrdnjavanja i povezivanja CO tijekom cijelog procesa dizajniranja. Komponente tijela od karbonskih vlakana ovog modela drona uključuju sedam dijelova: trupci, poklopac trupa, krila, ailerone, vertikalni rep, ravni rep i nosač repa. Dijagram obrisa drona prikazan je na sljedećoj slici.
Specifična shema dizajna za komponente tijela od karbonskih vlakana u bespilotnim zrakoplovnim vozilima je sljedeća
1) Struktura trupa je torzo drona, koji se koristi za nošenje opreme, instaliranje motora i nošenje korisnih opterećenja. Struktura trupa sastoji se od četiri uzdužnog opterećenja ω-u obliku grede, kože trupa i osam paralelnih raspoređenih poprečnih ojačanih rebara, kao što je prikazano u dijagramu poprečnog presjeka ispod. Opterećena greda je složena laminirana struktura ploče. Koža trupa prihvaća unutarnje i vanjske ploče sa složenim materijalom, sa sendvičom u sredini, a materijal za sendvič je Nomex saće. Ojačana rebra okvira slojevita su složenim materijalima, a materijal za sendvič izrađen je od zrakoplovne šperploče. Četiri grede i koža sastavljaju se i povezuju ljepljivim vezanjem, a ojačani okvir rebra koristi se za podupiranje oblika poprečnog presjeka trupa i koncentriranih opterećenja prijenosa.
2) Poklopac trupa
Poklopac trupa je zasebna komponenta na koži trupa, a strukturni oblik materijala isti je kao i kože trupa. To je kompozitni materijal od ugljičnih vlakana s gornjim i donjim pločama i strukturom sendviča u sredini, a materijal za sendvič je nomex saće. Debljina kapuljače je također ista kao i koža trupa ovdje. Poklopac tijela povezan je s tijelom pomoću SNAP -a na vijcima i može se više puta rastaviti. Poprečni presjek poklopca trupa prikazan je na slici.
3) Struktura krila
Krilo je glavna površina za dizanje drona, simetrična s obje strane, povezana s trupom, nose aerodinamičke opterećenja i stvara potrebnu silu dizanja za kretanje bespilotnih letjelica. Krilo prihvaća strukturu sendviča od karbonskih vlakana kako bi se osigurala dovoljna snažna potpora i lagana težina. Glatka struja i točan oblik mogu se dobiti formiranjem kalupa, poboljšavajući tako strukturnu učinkovitost, aerodinamičku elastičnost i kontrolne karakteristike drona.
Krilo drona sastoji se od gornjih i donjih kože, prednjih i stražnjih greda u obliku slova U i 16 poprečnih rebara, kao što je prikazano na dijagramu. Opterećenja savijanja i smicanja krila uglavnom se prenose prednjim i stražnjim gredama u obliku slova U, dok se zakretni moment prenosi konstrukcija sastavljenom od gornjih i donjih kože i prednje i stražnjeg snopa u obliku slova U. Poprečna rebra podržavaju mrežu kože i snopa i prenose lokalizirana koncentrirana opterećenja. Pogled krila krila prikazan je na slici.
Koža uglavnom nosi stres smicanja, a materijal koji formira prihvaća unutarnje i vanjske ploče od ugljičnih vlakana, sa strukturom sendviča u sredini, a materijal za sendvič je nomex saće. Krilna rebra prihvaćaju kompozitnu strukturu sendviča od karbonskih vlakana, a materijal za sendvič izrađen je od zrakoplovne šperploče.
Prednja i stražnja greda u obliku slova U prihvaćaju unaprijed formiranu strukturu laminirane ploče sa kompozitom ugljičnih vlakana. Grede, krila i gornje i donje kože sastavljaju se vezanjem, pojednostavljenjem postupka sklopa i izbjegavanjem potrebe za otvaranjem rupa za sklop za pričvršćivanje.
4) Aileron struktura
Aileron je male veličine, a njegov oblik prikazan je na slici 8.35. Metalne dijelove rotirajuće osovine trebaju se fiksirati iznutra, pa je odabrana konstrukcija sendviča od pjene. Ova se struktura sastoji od gornjih i donjih kože napunjenih krutom poliuretanskom pjenom i dva krila. Njegov poprečni presjek prikazan je na slici. Opterećenje uglavnom prenosi koža, a jezgra tvrdog pjene igra potpornu ulogu. Koža je dizajnirana kao kompozitna ploča sa samo jednim slojem krpe od ugljičnih vlakana, koja može nositi i normalan stres i stres na smicanju pod gustom potporom jezgre pjene. Rebro krilo je ploča zrakoplovnog sloja, uglavnom koja se koristi za postavljanje osi rotacije metala.
5) Okomita struktura repa
Horizontalna dimenzija vertikalnog repa je mala, a odabrana je struktura sendviča od pjene. Ova se struktura izravno sastoji od gornje i donje kože napunjene krutom poliuretanskom pjenom. Opterećenje uglavnom prenosi koža, a jezgra tvrdog pjene igra potpornu ulogu. Koža je dizajnirana kao složena ploča s jednoslojnom krpom od karbonskih vlakana. Uz gustu potporu jezgre pjene, može nositi i normalan stres i stres smicanja
6) Ravna struktura repa
Ravni rep sastoji se od gornjih i donjih kože, zidova i 4 krila. Opterećenje savijanja uglavnom prenosi kožu, smično opterećenje prenosi zid, a zakretni moment prenosi strukturu sastavljenu od kože i zida. Krila rebra podržavaju površinu kože krila i prenose lokalno koncentrirana opterećenja sile. U ovoj strukturi, koža mora izdržati i normalan stres i stres smicanja, tako da je dizajnirana kao složena struktura sendviča koja može izdržati normalan stres u ravnini. Materijal sendviča je nomex saće. Zid je kompozitna sendvič konstrukcija, a sendvič materijal odabran je kao zrakoplovna šperploča. Materijal krila rebra je zrakoplovna laminirana ploča.
7) Struktura podrške za rep
Rep nosač je opterećena komponenta koja povezuje krilo i repnu peraju. Igra ulogu prijenosa svih opterećenja s repnog krila na krilo. Obrazac za opterećenje sličan je konzolnom snopu, koji mora izdržati dvosmjerne smicalice, dvosmjerni trenutak savijanja i okretni moment. Stoga, repna narukvica prihvaća kružnu cijev sa kompozitnim materijalom od ugljičnih vlakana. Ova okrugla cijev proizvedena je ekstruzijskim namotom koji može proizvesti duže cijevi i rezati ih prema dimenzijama dizajna.
3.
1) Analiza strukturnog dizajna pokazuje da kompozitni materijali od ugljičnih vlakana mogu poboljšati performanse struktura. Stoga se analiza strukturnog dizajna uglavnom fokusira na strukturnu analizu statičke snage i analizu stabilnosti, a upotreba metoda izračunavanja inženjerstva u dizajnu je vrlo učinkovita.
2) Strukturna analiza statičke čvrstoće
Analiza statičke čvrstoće i izračunavanje strukture provodi se prema teoriji inženjerskog snopa. Strukturna čvrstoća se kontrolira dopuštenim naprezanjem, a strukturna krutost se kontrolira prema zahtjevima za deformacije
3) Analiza stabilnosti kože
Proračun stabilnosti kože konstrukcije sendviča saća može se provesti prema odgovarajućim metodama u priručniku za dizajn kompozitnog materijala. Stabilnost konstrukcije kože pjene sendviča treba analizirati i izračunati jednadžbom zakrivljenosti i energetskom metodom
4) Analiza stabilnosti snopova
Ukupni kritični stres za nestabilnost snopa s opterećenjem općenito se izračunava u obliku napetosti. Međutim, zbog činjenice da je u dronskim strukturama opterećena snop obično vezan za kožu i podržan kožom, kritični stres za nestabilnost izračunato u obliku Eulerove šipke je relativno konzervativan.