Выбор оптимальной схемы армирования и технологии изготовления деталей беспилотного летательного аппарата из композиционных материалов

Актуальность

В настоящее время всё более широкое применение получают лёгкие беспилотные летательные аппараты. Они могут использоваться для мониторинга состояния окружающей среды, поддержания правопорядка, доставки покупок в городе, доставки лекарственных препаратов в удалённые населённые пункты и т. д.

По своей конструкции это могут быть как аппараты вертикального взлета-посадки, к примеру квадрокоптеры, так и небольшие самолёты. Учитывая малые габариты таких летательных аппаратов и ограниченную подъёмную способность, каждый грамм их веса имеет большое значение, а их полезная нагрузка определяется общей весовой эффективностью конструкции.

Весовая эффективность состоит из выбора оптимальной конструкции аппарата и выбора лёгких и прочных материалов для его конструкции. Наилучшим решением при создании конструкций лёгких беспилотных летательных аппаратов является использование композиционных материалов, обладающих наиболее высокими удельными характеристиками по прочности и жёсткости при невысоком весе самих материалов.

Выбор оптимальной технологии изготовления деталей, структуры полимерного композиционного материала, конструкции беспилотного летательного аппарата обеспечивают высокую эффективность проектируемого изделия.

Цель

Провести исследование различных технологий изготовления композиционных материалов и схем их армирования и на основании исследования выбрать оптимальный метод и схему для изготовления деталей беспилотного летательного аппарата.

Задачи

1.   Изготовить пластины из полимерных композиционных материалов с использованием различных технологий и методов изготовления.

2.   Провести испытания пластин из ПКМ на изгиб, растяжение и сжатие, определить их прочностные характеристики.

3.   Провести сравнительный анализа прочностных характеристик образцов.

4.   По результатам сравнительного анализа, а также учитывая сложность изготовления и экономическую целесообразность, выбрать оптимальный метод создания ПКМ для изготовления деталей БПЛА.

5.   Спроектировать детали фюзеляжа, крыла и хвостового оперения БПЛА.

6.   Изготовить детали БПЛА из ПКМ.

Описание

Использованное оборудование:

• Autoclave 500x1000 MAGNABOSCO s.r.l.
• Вулканизационный гидравлический пресс АПВМ-904
• Сушильный шкаф BINDER
• Разрывная машина Zwick/Roell Z020
• Вакуумный насос, стеклоткань марки Т-23
• Эпоксидная смола Surf Clear EVO с отвердителем Sicomin SZ 8525

Для проектирования деталей беспилотного летательного аппарата использовалась программа Autodesk Inventor Professional 2019.

Использованные технологии:

1. Метод вакуумного формования.
2. Метод автоклавного упругого формования.
3. Метод термопрессования.

Результаты работы

С помощью методов вакуумного формирования, автоклавного упругого формования и термопрессования изготовлены пластины из ПКМ, проведены испытания пластин на изгиб, растяжение и сжатие, определены и учтены прочностные характеристики полученных ПКМ; с учётом прочностных характеристик, сложности изготовления и экономической целесообразности выбран наиболее оптимальный метод создания ПКМ.

В программном продукте Autodesk Inventor Professional 2019 спроектированы детали фюзеляжа, крыла и хвостового оперения БПЛА.

Изготовлен корпус БПЛА методом вакуумного формирования.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЦКМ (Научно-Исследовательский Центр Композиционных Материалов) НИТУ «МИСиС»