在纖維棒復合材料無人機的設計制造中,常常會通過鋪設角度和材料層數的調整實現其結構彈性和剛度分布要求。
纖維棒復合材料是目前無人機使用較多的增強材料之一,采用纖維棒復合材料制作無人機一般會涉及以下三種成型工藝:
熱壓罐成型工藝
熱壓罐成型是復合材料高性能成型工藝之一,對于速度要求較高的無人機,其復合材料構件和主要承重構件多采用這種工藝進行制造。
熱壓罐成型的碳纖維棒復合材料構件內部質量較好且樹脂的含量較為均勻,力學性能也更加出色。
但是熱壓罐成型技術也存在一定的不足之處,該工藝對于設備的要求較高,前期投入和加工成本都比較高,經濟性相對較差。從成本角度考慮,預算有限的情況下往往會選擇低溫低壓成型技術來代替。
除此之外,碳纖維棒復合材料在熱壓罐成型過程中,其樹脂的流動、熱傳遞、化學交聯和空隙形成等會發生相互影響和相互作用,這就增加了工藝控制上的難度,一旦把握失誤,就會出現貧膠、高孔隙率等加工缺陷。
為了保證纖維棒復合材料無人機構件的質量,我們通過模擬熱壓罐成型過程中動力學變化、樹脂流動以及熱傳遞等現象,依據模型數據就可以對熱壓罐工藝的壓力、溫度曲線進行良好的控制。
真空袋成型工藝
與熱壓罐工藝相比,真空袋成型工藝就比較簡單,而且前期不需要過高的投入,操作難度適中。但是這種成型方式壓力較小,只適用于對于質量標準要求不高的復合材料構件,多用于制造不超過 1.5mm的蜂窩夾層結構和層壓板結構。
因為成本優勢明顯,這種工藝方法在低速無人機制造中應用較多,因為在小型低速無人機的制造中,真空袋成型技術可以滿足大部分零件的生產要求。
在實際操作上,因為真空袋成型需采用預浸料鋪貼、濕法鋪貼等工序,而濕法操作受到人為因素的影響,容易導致膠液涂刷的不均勻,這種情況在夾層結構成型中尤為明顯。
此外涂刷方向的不合理還容易導致纖維方向的彎曲、改變,威脅碳纖維棒復合材料制造件的穩定性。我們新材科技采用的都是預浸料鋪貼,能有效避免上述問題,提高制件的穩定性。
模壓成型工藝
模壓成型工藝比較適用于泡沫夾芯復合材料構件的制造,它綜合了熱壓罐成型技術和真空袋成型工藝的優點,生產效率高且成型壓力大,設備投入和成本適中,經濟性較好。
無人機舵面等采用泡沫夾層結構的部位大多采用該種成型工藝,在碳纖維棒無人機翼板的制造中,采用模壓成型的工藝還可以確保無人機機翼的外觀質量和翼形精度,提高無人機的整體制造質量。
不過加壓控制是該工藝關鍵的工序,我們新材料通過對產品的結構分析以及長期的經驗總結,能夠更準確地確定壓力控制參數,保障結構件的性能水平。