Under de senaste åren har obemannade luftfarkoster (drönare) använts i stor utsträckning inom olika områden, från jordbruk, infrastrukturinspektion, katastrofutredning och andra industriella tillämpningar till fritidstillämpningar. Det finns olika typer av UAV, men mainstream är multirotorflygplan med fyra eller fler rotorer för att styra rörelse och höjd. En flervingskropp måste vara både lätt för att öka nyttolasten och styv för att stödja dragkraften. Även om strukturen är lätt att tillverka, måste vissa problem övervägas, såsom viktökningen på grund av skarv av flera delar och begränsningen av kroppsstrukturen på grund av materialformen. För att uppnå bärbarhet och funktionalitet är det ett idealiskt sätt att använda 3D CFRP för att tillverka flygkropp. Genom att optimera materialarrangemanget kan en viss mängd onödigt material elimineras, och fibrerna kan vara inriktade på att dra nytta av anisotropin i förhållande till belastningen. Optimering av flygkroppsstrukturen efter topologi Samarbetsteamet utformade den ursprungliga formen på den övre delen för analys, med den befintliga flygkroppen som grund. Även om befintliga flygkroppskonstruktioner har kanter, omformar de släta, kontinuerliga ytor och lämpliga dragvinklar, med hänsyn till formens bearbetbarhet. Centret är platt och rymmer GPS-mottagarens antenn.
Ursprunglig formmodell för analys. Centret är platt och rymmer GPS-mottagarens antenn.
Den befintliga kroppen är tillverkad av ABS-harts med en tjocklek av ca 1,5 mm och har en helt sluten påsformad monomerskalstruktur. Av denna anledning används ett skal med en tjocklek av 2 mm som analysmodell för att beräkna designområdet. Eftersom kolfibern kommer att placeras på ett platt område runt GPS-antennen ingår inte detta område i designomfånget. Flygkroppen består av den övre delen och den nedre delen av flygkroppen, som är anslutna med en mångfald av leder och skruvar. Fästtillståndet simuleras genom att länka skruvpositionselement. Gränsförhållanden och resultat av topologioptimering
När ett flygplan svävar i luften utsätts kroppen för olika krafter som är svåra att mäta eller uppskatta. I detta projekt, som ett modellfall utan att använda faktiska förhållanden, fixade teamet basen på vilken belastningen skulle fästas och skapade förutsättningar för sex olika belastnings- / vridmomentvariationer som tillämpades på rotorens fyra hörn (belastningsfall). Sedan bestäms formen som ger den högsta styvheten under sex olika belastningsfall. Analysresultaten av detta papper är optimeringsresultaten för den specifika modellsituationen och kan inte tillämpas i stor utsträckning på den faktiska maskinen.
Omforma formen enligt optimeringsresultaten Med tanke på alla sex belastningsfallen leder optimeringsresultaten till formen helt täckt av relativt enhetligt rutnätsmönster. Om du anger flera gräns villkor kan det leda till potentiellt resultat med hög data flöde. Resultaten av analysen är ändliga elementnätdata, som inte kan användas som CAD-data. Därför rekonstrueras den förbättrade flygkroppsformen enligt resultaten. Tillverkningsmetod: anpassad fiberplaceringsteknik (TFP) anpassad fiberplacering är en av de metoder som används för att göra förformar, där ett gäng kontinuerliga långa kolfibrer sys på basduken. Även om metoden har tillämpats i flygplansdelar och andra tillämpningar finns det nästan inga kommersiella fall i Japan, och den framtida affärsutvecklingen kan förväntas genom att etablera tekniken så snart som möjligt. I denna studie, genom att använda denna metod, är kolfibrer ordnade enligt optimeringsresultaten för att förbättra flygplanets prestanda utan att förlora anisotropi. Eftersom förformen är gjord i planform måste förformen utformas på ett sådant sätt att formen efter formningen är platt och utfälld, så att 3D-formen kan rekonstrueras i formen under formningsprocessen.
VARTM CFRP gjutning VARTM är en kåda överföring gjutning (RTM) teknik där formen används för gjutning och vakuum tryck sug appliceras under flytande harts impregnering. En förform placeras i en enkelsidig aluminiumform (honform på flygplanskroppens yttre yta) och förseglas med påsmaterial. Vakuumsugning används för att underlätta impregnering av termosettsnins, som sedan härdas i en autoklav. På grund av den något större storleken på förformen sertandas fibrerna i den första prototypen. För att korrigera detta justeras dimensionerna i konstruktionsfasen av den andra prototypen genom att ändra förskjutningsvärdet mellan förformens mittplan och flygkroppens yta. Den första prototypen har kvalitetsproblem, inklusive otillräcklig hartsimpregnering i kolfiber och restutrymme och hålrum i kolfiberpaketet. I processen med vakuumpåse, impregnering och autoklavproduktion antogs följande motåtgärder: byte av glasduksskärningsprocess; Minska viskositeten hos harts; Vända mögelsidan av förformsinställningen; Ändra impregneringsprocessen. Resultaten visar att impregneringseffekten av glasduk är bättre, men det finns fler hålrum på ytan och inuti kolfiberbunten. För närvarande behövs ytterligare forskning för att förbättra kvaliteten på gjutna delar. Teamet genomförde flygtester på flygplanet och utvärderade dess genomförbarhet. Piloten testade manövrerbarheten. Resultaten är tillfredsställande, eftersom svaret under styrningen är bättre än ABS-hartsflygplan. Kombinationen av topologioptimering och CFRP-material förväntas ge högpresterande strukturella delar med både lätt och hög styvhet. Denna studie verifierade att den tredimensionella CFRP-strukturen kan bildas med hjälp av TFP-förform på multivingkropp. I framtiden, genom att samla kunskap om förformsdesign och kolfiberkompositgjutningsmetoder, kan man förvänta sig att det kommer att användas i stor utsträckning i olika produkter från flygindustrin.
