玻纖無人機模具的開發

岳裕豐　鄢慧敏　王宇軒　呂騰飛　劉雨澤

摘要：隨著航空技術的發展，在現實中無人機的應用越來越廣泛，是未來航空業的一類新型領域。空地便攜式偵察機是一種集航拍、偵查、巡邏等功能于一體的小型無人偵察機。本文介紹了研制的某型小型無人機制作工藝和關鍵技術，并進行詳細闡述與說明。

關鍵詞：航空技術；制作工藝；無人機

本文中制作的某型無人機空重1.6kg，可裝0.60.8kg，是小型無人機，串聯機翼布局，全長0.7m，翼展0.8m。飛機材料使用樹脂基玻璃纖維增強蜂窩復合材料和樹脂基碳纖維增強蜂窩復合材料。同時，生產過程采用3D打印技術輔助生產，使制造過程中的無人機具有創新性。

一、陽模模具制作

設計之初由于缺乏飛行參數和實物，所有的數據都反復進行了工程估算、再考慮主要影響因素，經過計算后得出。并采用CATIA，對無人機氣動外形進行三維數據建模，繪制出各零部件的形狀、大小和模擬裝配。最終獲得了無人機精準的數據模型。為陽模制作定下標準。

根據CATIA圖，使用3D打印技術。 1：1打印出主要組件。 這包括機身，機翼，垂直尾翼，副翼，機翼和扭力彈簧連接，機身機翼連接等，以開發一個積極的模具。 部件形成后，使用人工精細研磨來改善表面光滑度。 當飛機飛行時，部分空氣動力學形狀要求很高。 因此，精度較高的部件中填充原子灰材料，然后進行粗砂紙拋光，細砂紙拋光和細砂水磨。 使表面足夠光滑以滿足基本要求。

對加工后的機身和機翼噴涂藍色膠衣（一種環氧樹脂），增加表面韌性，硬化陽模表面和防止表面腐蝕。等膠衣在無塵環境烘干后，我們在部件表面噴涂光漆，改善部件氣動外形。并進一步光滑陽模表面。至此，飛機機身及機翼的陽模便制作完成。

二、陰模模具制作

我們制作出陽模后，運用倒模的方法，就可以制作出相應的陰模。制作陰模需要基體。我們探索使用工業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，加熱至適當的溫度（約40℃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。 將一半的機身（機翼）陽模型放置在矩陣中。填埋場分離過程表面以下 所有部分。 并嘗試確保平臺平穩平整。 保留一個積極的模具 一半的模具形狀。 使用擋板或夾子固定基板的邊緣。 制作模具區域并完成準備工作。

在機身（機翼）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。待干后涂抹藍色膠衣。在重要的模具外形確定區域填涂6–11mm厚的原子灰（包裹陽模區域）。硬化固定模具外形。確保模具使用面擁有足夠的硬度和強度。之后即可連接加強，利用環氧樹脂（粘合劑）鋪設一層玻璃布。用短寸玻璃纖維，和環氧樹脂膠水攪拌成粘稠狀（以恰當的比例混合攪拌）制成模具的“玻璃粘”。由于‘玻璃粘在空氣中長時間暴露容易凝固結塊。故將制作好的‘玻璃粘，迅速填入玻璃布與邊框之間的區域中。并一層層累積填平。‘玻璃粘因反應發熱散熱不均，很容易導致局部硬化凝固及反應發泡、局部發熱膨脹。填充時需要不斷刷涂攪拌。這使其均勻散熱。待到將玻璃粘鋪平倒模區域后。在上方鋪設較粗的玻璃纖維布。這保證外形的完整性和粘連性。常溫自然風干固化模具。

固化后，拆除邊框。并將一半陰模與工業橡皮泥分離開來。此時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，對陰模表面形狀進行處理。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。在每個部件都做出2個模具后。將模具編號為下一步合模做準備。并在合適的位置進行鉆孔。在制作陰模的過程中，我們在陰模上需要預先埋設定位銷。這樣可以保證了合模過程中，保證了生產出機體結構的完整，上下兩塊陰模的定位準確。

三、后期處理

烘烤結束后，我們將模具取出并分開。我們得到機身（機翼）帶內部框架的殼體。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膜層。對機翼進行修剪打磨處理。我們并測試其結構強度。對有損壞的部位噴涂膠衣，并修補打磨。對處理好的部件進行稱重，記錄數據。

四、組裝模具

在機翼下表面中間形成一個長方形槽，副翼伺服機構安裝在預定位置，伺服機構的數據線穿過機翼內置的碳管，并連接到內部設備艙的機身[1]。副翼配備連桿以連接副翼舵角和轉向裝置。軸承固定安裝在機翼關節處。軸承安裝并連接到從機身底部伸出的碳管。 扭力彈簧部署在機翼連接處以展開機翼。在安裝過程中，應特別注意伺服電路，并應在同一方向上梳理線端[1]。

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

五、結論

飛機組裝完成后，將進行一系列測試，例如飛行測試，以測試空氣動力學性能和結構強度。試飛表明，該機的設計和生產過程與預期結果非常吻合，取得了令人滿意的結果[1]。當然，在試飛后發現一些小問題和不太理想的方面。 例如，發現拖尾及其彈出鎖定裝置的空氣動力學性能是有問題的。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計成將原始的旋轉尾端改變為可收縮的彈放式。彈跳后使用擴張和夾緊彈簧來確保鎖定和氣動性能。

參考文獻：

[1]劉萱，賈曉洋，周明.便攜式筒式發射偵察機制作工藝.科技風，2015725.

項目：大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：IECAUC2017142）