Dizajn karbonskih konstrukcija za bespilotne letjelice: krutost, težina i vibracije

Kod bespilotne letjelice svaki gram konstrukcije je gram manje tereta ili baterije. Karbon je prirodan izbor za okvire, ali najbolji dizajni ga koriste promišljeno: pravi poluproizvod za svaki dio, laminati projektovani za krutost i detalji koji uzimaju u obzir vibracije i elektroniku.

Prvo projektujte za krutost

Većina UAV konstrukcija ograničena je krutošću, a ne čvrstoćom. Krakovi koji se savijaju pod potiskom ili okviri koji se uvijaju utiču na upravljanje letom i mogu pobuditi vibracije. Projektovanje prema ugibu — a ne samo prema lomnom opterećenju — obično daje lakši okvir koji bolje leti.

Izbor pravog oblika

• Cijevi su izuzetno efikasne za krakove, nosače i ramenjače. Vlakna duž ose daju krutost na savijanje; slojevi pod ±45° dodaju torzionu krutost.
• Ravne ploče rezane CNC-om ili vodenim mlazom idealne su za ploče okvira, nosače i držače — brze za iteracije i bez troška kalupa.
• Sendvič paneli s PMI pjenom ili saćem daju vrlo krute, lagane strukture za veće ravne dijelove, panele trupa i krila.
• Oblikovane ljuske koriste se za trupove i aerodinamične poklopce kada je dizajn stabilan.

Vibracije

Motori i propeleri stvaraju vibracije na frekvencijama koje se mijenjaju s brojem obrtaja. Ako je sopstvena frekvencija konstrukcije blizu tih pobudnih frekvencija, rezonancija pojačava vibracije — što ometa senzore i kontroler leta. Kruta, lagana konstrukcija pomjera sopstvene frekvencije naviše, a elastični nosači izoluju osjetljivu elektroniku. Oboje treba razmotriti rano u dizajnu.

Spojevi, umeci i okovi

Kompoziti ne vole koncentrisana opterećenja. Vijčani spojevi u pločama ili sendvič panelima trebaju dovoljan razmak od ivice, lokalno ojačanje ili lijepljene umetke za raspodjelu opterećenja. Aluminijski dijelovi lijepljeni ili vijcima spojeni s karbonom trebaju biti izolovani kako bi se spriječila galvanska korozija.

Elektronika i radio signali

Karbon je električno provodljiv i prigušuje radio signale. GNSS, radio i telemetrijske antene trebaju imati slobodan pogled, dalje od karbonskih površina, ili biti iza radio-propusnih prozora od staklenih vlakana ili drugih neprovodljivih materijala. Rezane karbonske ivice mogu oštetiti izolaciju kablova, pa vođenje kablova treba zaštititi.

Od prototipa do serije

UAV programi brzo iteriraju. Početak s pločama rezanim CNC-om i standardnim cijevima omogućava brzo testiranje; kada je geometrija stabilna, kalupi za ljuske i sendvič dijelove donose ponovljivost i manju težinu. Kada su inženjering, prototipovi i proizvodnja kod jednog dobavljača, izbjegava se redizajn u tom prelazu.

Kontrolna lista za vaš sljedeći okvir

• Definišite ciljeve krutosti za krakove i okvir, ne samo čvrstoću.
• Za svaki dio izaberite cijevi, ploče, sendvič ili oblikovane ljuske.
• Planirajte umetke i ojačanja na svakom vijčanom spoju.
• Držite antene dalje od karbona i zaštitite kablove na rezanim ivicama.
• Provjerite sopstvene frekvencije u odnosu na brzine motora i propelera.

U X CarbonTech podržavamo razvojne timove bespilotnih letjelica na cijelom tom putu — karbonske cijevi, ploče okvira, PMI sendvič paneli i oblikovani dijelovi, projektovani i proizvedeni u vlastitom pogonu.