Son yıllarda insansız hava araçları (drone) tarımdan altyapı denetimine, afet araştırmalarından diğer endüstriyel uygulamalara ve eğlence uygulamalarına kadar çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Çeşitli İHA türleri vardır, ancak ana akım, hareketi ve yüksekliği kontrol etmek için dört veya daha fazla rotorlu çok rotorlu uçaklardır. Çok kanatlı bir gövde, yükü artırmak için hem hafif hem de itmeyi desteklemek için sert olmalıdır. Yapının imalatı kolay olsa da, birden fazla parçanın birleşmesi nedeniyle ağırlık artışı ve malzeme şeklinden dolayı gövde yapısının sınırlandırılması gibi bazı problemler göz önünde bulundurulmalıdır. Taşınabilirlik ve işlevsellik elde etmek için, gövde imalatında 3D CFRP kullanmak ideal bir yoldur. Malzeme düzenlemesini optimize ederek, belirli bir miktarda gereksiz malzeme ortadan kaldırılabilir ve lifler, yüke göre anizotropiden yararlanmak için yönlendirilebilir. Gövde yapısının topoloji ile optimizasyonu İşbirlikçi ekip, mevcut gövdeyi temel alarak analiz için üst kısmın ilk şeklini tasarladı. Mevcut gövde tasarımları kenarlara sahip olsa da, kalıbın işlenebilirliğini göz önünde bulundurarak pürüzsüz, sürekli yüzeyler ve yeterli çekim açıları yeniden tasarlarlar. Merkez düzdür ve GPS alıcı antenini barındırabilir.
Analiz için ilk şekil modeli. Merkez düzdür ve GPS alıcı antenini barındırabilir.
Mevcut gövde yaklaşık 1,5 mm kalınlığında ABS reçineden yapılmış olup, tamamen kapalı torba şeklinde monomer kabuk yapısına sahiptir. Bu nedenle, tasarım aralığını hesaplamak için analiz modeli olarak 2 mm kalınlığında bir kabuk kullanılmıştır. Karbon fiber GPS anteni çevresinde düz bir alana yerleştirileceğinden bu alan tasarım kapsamına alınmamıştır. Gövde, çok sayıda bağlantı ve vida ile birbirine bağlanan gövdenin üst kısmından ve alt kısmından oluşur. Sabitleme durumu, vida konum elemanlarının bağlanmasıyla simüle edilir. Sınır koşulları ve topoloji optimizasyon sonuçları
Bir uçak havada süzüldüğünde, vücut, ölçülmesi veya tahmin edilmesi zor olan çeşitli kuvvetlere maruz kalır. Bu projede, gerçek koşullar kullanılmadan bir model durum olarak ekip, yükün bağlanacağı tabanı sabitlemiş ve rotorun dört köşesine (yük durumu) uygulanan altı farklı yük / tork varyasyonu için koşullar oluşturmuştur. Daha sonra altı farklı yük durumu altında en yüksek rijitliği üreten şekil belirlenir. Bu makalenin analiz sonuçları, belirli model durumu için optimizasyon sonuçlarıdır ve gerçek makineye yaygın olarak uygulanamaz.
Optimizasyon sonuçlarına göre şekli yeniden tasarlayın Altı yük durumunun tümü göz önüne alındığında, optimizasyon sonuçları şeklin tamamen nispeten tek biçimli ızgara deseni ile kaplanmasına yol açar. Birden çok sınır koşulunun ayarlanması, potansiyel olarak yüksek verimli sonuçlara yol açabilir. Analiz sonuçları, CAD verisi olarak kullanılamayan sonlu eleman ağ verileridir. Bu nedenle, geliştirilmiş gövde şekli sonuçlara göre yeniden yapılandırılır. Üretim yöntemi: özelleştirilmiş fiber yerleştirme teknolojisi (TFP) özelleştirilmiş fiber yerleştirme, bir grup sürekli uzun karbon fiberin temel kumaşa dikildiği ön kalıplar yapmak için kullanılan yöntemlerden biridir. Yöntem, uçak parçaları ve diğer uygulamalarda uygulanmış olmasına rağmen, Japonya'da neredeyse hiçbir ticari durum yoktur ve teknolojinin en kısa sürede kurulmasıyla gelecekteki iş geliştirmeleri beklenebilir. Bu çalışmada, bu yöntem kullanılarak, anizotropiyi kaybetmeden uçağın performansını artırmak için optimizasyon sonuçlarına göre karbon fiberler düzenlenmiştir. Preform düz formda yapıldığından, preform, şekillendirme işleminden sonraki şeklin düz ve katlanmamış olacak şekilde tasarlanmalıdır, böylece şekillendirme işlemi sırasında 3D şekli kalıpta yeniden oluşturulabilir.
VARTM CFRP kalıplama VARTM, kalıbın kalıplama için kullanıldığı ve sıvı reçine emdirme sırasında vakum basınçlı emmenin uygulandığı bir reçine transfer kalıplama (RTM) teknolojisidir. Tek taraflı bir alüminyum kalıba (gövdenin dış yüzeyindeki dişi kalıp) bir ön kalıp yerleştirilir ve torbalama malzemesi ile kapatılır. Vakum emme, daha sonra bir otoklavda kürlenen termoset reçinelerin emprenye edilmesine yardımcı olmak için kullanılır. Ön kalıbın biraz daha büyük boyutu nedeniyle, ilk prototipin lifleri tırtıklı. Bunu düzeltmek için ikinci prototipin tasarım aşamasında, ön kalıbın merkez düzlemi ile gövde yüzeyi arasındaki ofset değeri değiştirilerek boyutlar ayarlanır. İlk prototip, karbon fiberde yetersiz reçine emdirme ve karbon fiber demetindeki artık boşluk ve boşluklar dahil olmak üzere kalite sorunlarına sahiptir. Vakum torbalama, emprenye etme ve otoklav üretimi sürecinde aşağıdaki önlemler alındı: cam kumaş kesme işleminin değiştirilmesi; Reçinenin viskozitesini azaltın; Preform ayarının kalıp tarafının tersine çevrilmesi; Emprenye sürecini değiştirin. Sonuçlar, cam kumaşın emprenye etkisinin daha iyi olduğunu, ancak karbon fiber demetinin yüzeyinde ve içinde daha fazla boşluk olduğunu gösteriyor. Şu anda, kalıplanmış parçaların kalitesini iyileştirmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Ekip, uçakta uçuş testleri yaptı ve uygulanabilirliğini değerlendirdi. Pilot manevra kabiliyetini test etti. Sonuçlar tatmin edici çünkü direksiyon sırasındaki tepki ABS reçineli uçaklardan daha iyi. Topoloji optimizasyonu ve CFRP malzemelerinin kombinasyonunun hem hafif hem de yüksek sertlikte yüksek performanslı yapısal parçalar sağlaması bekleniyor. Bu çalışma, çok kanatlı gövde üzerinde TFP preform kullanılarak üç boyutlu CFRP yapısının oluşturulabileceğini doğrulamıştır. Gelecekte, preform tasarımı ve karbon fiber kompozit kalıplama yöntemleri bilgisinin birikerek, havacılık alanından çeşitli ürünlerde yaygın olarak kullanılması beklenebilir.
