玻纖無人機(jī)模具的開發(fā)

岳裕豐　鄢慧敏　王宇軒　呂騰飛　劉雨澤

摘要：隨著航空技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)實(shí)中無人機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，是未來航空業(yè)的一類新型領(lǐng)域?？盏乇銛y式偵察機(jī)是一種集航拍、偵查、巡邏等功能于一體的小型無人偵察機(jī)。本文介紹了研制的某型小型無人機(jī)制作工藝和關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行詳細(xì)闡述與說明。

關(guān)鍵詞：航空技術(shù)；制作工藝；無人機(jī)

本文中制作的某型無人機(jī)空重1.6kg，可裝0.60.8kg，是小型無人機(jī)，串聯(lián)機(jī)翼布局，全長(zhǎng)0.7m，翼展0.8m。飛機(jī)材料使用樹脂基玻璃纖維增強(qiáng)蜂窩復(fù)合材料和樹脂基碳纖維增強(qiáng)蜂窩復(fù)合材料。同時(shí)，生產(chǎn)過程采用3D打印技術(shù)輔助生產(chǎn)，使制造過程中的無人機(jī)具有創(chuàng)新性。

一、陽模模具制作

設(shè)計(jì)之初由于缺乏飛行參數(shù)和實(shí)物，所有的數(shù)據(jù)都反復(fù)進(jìn)行了工程估算、再考慮主要影響因素，經(jīng)過計(jì)算后得出。并采用CATIA，對(duì)無人機(jī)氣動(dòng)外形進(jìn)行三維數(shù)據(jù)建模，繪制出各零部件的形狀、大小和模擬裝配。最終獲得了無人機(jī)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型。為陽模制作定下標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)CATIA圖，使用3D打印技術(shù)。 1：1打印出主要組件。 這包括機(jī)身，機(jī)翼，垂直尾翼，副翼，機(jī)翼和扭力彈簧連接，機(jī)身機(jī)翼連接等，以開發(fā)一個(gè)積極的模具。 部件形成后，使用人工精細(xì)研磨來改善表面光滑度。 當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，部分空氣動(dòng)力學(xué)形狀要求很高。 因此，精度較高的部件中填充原子灰材料，然后進(jìn)行粗砂紙拋光，細(xì)砂紙拋光和細(xì)砂水磨。 使表面足夠光滑以滿足基本要求。

對(duì)加工后的機(jī)身和機(jī)翼噴涂藍(lán)色膠衣（一種環(huán)氧樹脂），增加表面韌性，硬化陽模表面和防止表面腐蝕。等膠衣在無塵環(huán)境烘干后，我們?cè)诓考砻鎳娡抗馄?，改善部件氣?dòng)外形。并進(jìn)一步光滑陽模表面。至此，飛機(jī)機(jī)身及機(jī)翼的陽模便制作完成。

二、陰模模具制作

我們制作出陽模后，運(yùn)用倒模的方法，就可以制作出相應(yīng)的陰模。制作陰模需要基體。我們探索使用工業(yè)上的橡皮泥制作基體，具有很好的效果。

制作開始之后，首先處理基材，加熱至適當(dāng)?shù)臏囟龋s40℃左右）并軟化。 然后，將其輕敲，切割并捏合以形成陽模，留出一部分邊緣寬度作為陽模。 模具定位和整形。 然后選擇合模邊界和粘合表面。 將一半的機(jī)身（機(jī)翼）陽模型放置在矩陣中。填埋場(chǎng)分離過程表面以下 所有部分。 并嘗試確保平臺(tái)平穩(wěn)平整。 保留一個(gè)積極的模具 一半的模具形狀。 使用擋板或夾子固定基板的邊緣。 制作模具區(qū)域并完成準(zhǔn)備工作。

在機(jī)身（機(jī)翼）暴露出的基體及邊框表面、半表面。由于基體較軟，且受精確外形的要求。采用噴涂脫膜劑方法。其次依次上光漆。待干后涂抹藍(lán)色膠衣。在重要的模具外形確定區(qū)域填涂6–11mm厚的原子灰（包裹陽模區(qū)域）。硬化固定模具外形。確保模具使用面擁有足夠的硬度和強(qiáng)度。之后即可連接加強(qiáng)，利用環(huán)氧樹脂（粘合劑）鋪設(shè)一層玻璃布。用短寸玻璃纖維，和環(huán)氧樹脂膠水?dāng)嚢璩烧吵頎睿ㄒ郧‘?dāng)?shù)谋壤旌蠑嚢瑁┲瞥赡＞叩摹安Ａд场?。由于‘玻璃粘在空氣中長(zhǎng)時(shí)間暴露容易凝固結(jié)塊。故將制作好的‘玻璃粘，迅速填入玻璃布與邊框之間的區(qū)域中。并一層層累積填平?！Ａд骋蚍磻?yīng)發(fā)熱散熱不均，很容易導(dǎo)致局部硬化凝固及反應(yīng)發(fā)泡、局部發(fā)熱膨脹。填充時(shí)需要不斷刷涂攪拌。這使其均勻散熱。待到將玻璃粘鋪平倒模區(qū)域后。在上方鋪設(shè)較粗的玻璃纖維布。這保證外形的完整性和粘連性。常溫自然風(fēng)干固化模具。

固化后，拆除邊框。并將一半陰模與工業(yè)橡皮泥分離開來。此時(shí)可以采用加熱到軟化溫度也可采用物理分離，再剝離出陰模。分離后，對(duì)陰模表面形狀進(jìn)行處理。得到陰模后，將邊界打磨光滑即可。

我們可以用相同的方法制作出另一面的陰模。在每個(gè)部件都做出2個(gè)模具后。將模具編號(hào)為下一步合模做準(zhǔn)備。并在合適的位置進(jìn)行鉆孔。在制作陰模的過程中，我們?cè)陉幠Ｉ闲枰A(yù)先埋設(shè)定位銷。這樣可以保證了合模過程中，保證了生產(chǎn)出機(jī)體結(jié)構(gòu)的完整，上下兩塊陰模的定位準(zhǔn)確。

三、后期處理

烘烤結(jié)束后，我們將模具取出并分開。我們得到機(jī)身（機(jī)翼）帶內(nèi)部框架的殼體。分開模具的難易度，這取決于‘第1步涂抹脫膜蠟的均勻化程度及涂抹的多少。以及后期處理有沒有破壞脫模蠟?zāi)?。?duì)機(jī)翼進(jìn)行修剪打磨處理。我們并測(cè)試其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對(duì)有損壞的部位噴涂膠衣，并修補(bǔ)打磨。對(duì)處理好的部件進(jìn)行稱重，記錄數(shù)據(jù)。

四、組裝模具

在機(jī)翼下表面中間形成一個(gè)長(zhǎng)方形槽，副翼伺服機(jī)構(gòu)安裝在預(yù)定位置，伺服機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)線穿過機(jī)翼內(nèi)置的碳管，并連接到內(nèi)部設(shè)備艙的機(jī)身[1]。副翼配備連桿以連接副翼舵角和轉(zhuǎn)向裝置。軸承固定安裝在機(jī)翼關(guān)節(jié)處。軸承安裝并連接到從機(jī)身底部伸出的碳管。 扭力彈簧部署在機(jī)翼連接處以展開機(jī)翼。在安裝過程中，應(yīng)特別注意伺服電路，并應(yīng)在同一方向上梳理線端[1]。

打開機(jī)身上表面的孔并安裝電機(jī)，為了防止電機(jī)產(chǎn)生的過大的推力損壞機(jī)身后部[1]，可以在隔板的末端使用加強(qiáng)件，然后將螺旋槳安裝在后部并連接到電機(jī)。機(jī)身上表面中部的一個(gè)孔留作電池槽，前部開口預(yù)留給偵察設(shè)備艙。 最后，零件被校準(zhǔn)以完成無人機(jī)的整體組裝。

五、結(jié)論

飛機(jī)組裝完成后，將進(jìn)行一系列測(cè)試，例如飛行測(cè)試，以測(cè)試空氣動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。試飛表明，該機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程與預(yù)期結(jié)果非常吻合，取得了令人滿意的結(jié)果[1]。當(dāng)然，在試飛后發(fā)現(xiàn)一些小問題和不太理想的方面。 例如，發(fā)現(xiàn)拖尾及其彈出鎖定裝置的空氣動(dòng)力學(xué)性能是有問題的。后尾部布局和制造過程被重新考慮。尾部反彈開啟和鎖定裝置再次被設(shè)計(jì)成將原始的旋轉(zhuǎn)尾端改變?yōu)榭墒湛s的彈放式。彈跳后使用擴(kuò)張和夾緊彈簧來確保鎖定和氣動(dòng)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉萱，賈曉洋，周明.便攜式筒式發(fā)射偵察機(jī)制作工藝.科技風(fēng)，2015725.

項(xiàng)目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：IECAUC2017142）