Kas jādara drona rāmim
Bezpilota lidaparāta rāmis satur motorus, akumulatorus, lidojuma kontrolieri, sensorus un kravnesību, un tam ir jāiztur palaišana, nosēšanās, brāzmas un avārijas gadījumi bez pārmērīga svara. Katru kadrā saglabāto gramu var pārvērst lidojuma laikā, kravnesībā vai diapazonā, kas padara materiālu izvēli par galveno UAV inženieru dizaina lēmumu.
Rāmja slodzes ir lielas: motora vilce tiek pārnesta caur svirām, vibrācijas no rotoriem un dzinējiem uzbudina visu konstrukciju, un cieta nosēšanās rada triecienslodzes, kas ir daudz lielākas par vienmērīgām lidojuma slodzēm. Tāpēc rāmju materiāliem ir nepieciešama augsta īpatnējā izturība, laba noguruma izturība, triecienizturība un stabila veiktspēja visā darbības temperatūras diapazonā, kas var būt no arktiskā aukstuma līdz tuksneša karstumam.
Titāna salīdzināšana ar alumīniju un tēraudu
Alumīnija sakausējumi, piemēram, 6061 un 7075, dominē zemo cenu{2}}patērētāju dronu rāmjos, jo tie ir lēti, formējami un viegli. Tērauds piedāvā izturību, bet ir pārāk smags lielākajai daļai platformu. Titāns atrodas starp tiem cenu ziņā, bet uzvar pēc īpašībām: Ti-6Al-4V stiepes izturība ir aptuveni 895 MPa ar blīvumu 4,43 g uz kubikcentimetru, nodrošinot īpatnējo stiprību, kas pārsniedz 7075-T6 alumīniju un parasto tēraudu.
Titāns piedāvā arī izcilu noguruma izturību, tāpēc titāna svira ar tādu pašu slodzes pakāpi kā alumīnija svira var būt plānāka un vieglāka, un tās augstākais elastības modulis, aptuveni 114 GPa, padara konstrukciju stingrāku tai pašai ģeometrijai. Rūpnieciskajiem droniem, kas pārvadā kameras, sensorus vai kravas kravas, kadrā saglabātais svars tieši palielina izturību.
Vibrācijas un trieciena veiktspēja
Daudzrotoru bezpilota lidaparāti nepārtraukti darbojas caur savu motoru un propelleru vibrācijas spektru, un fiksētās -spārnu platformas saskaras ar dzinēju un aerodinamisko ierosmi. Ja rāmja komponentam ir dabiska frekvence, kas ir tuvu ierosmei, rezonanse paātrina noguruma bojājumus. Titāna lielāka amortizācija salīdzinājumā ar alumīniju apvienojumā ar tā noguruma izturību ļauj dizaineriem pielāgot rāmja stingrību, lai izvairītos no rezonanses joslām, vienlaikus saglabājot zemu svaru.
Vienlīdz svarīga ir triecienizturība. Spēcīga nosēšanās vai avārija parasti saliec vai salauž rāmja sviras; Titāna elastība pieļauj ievērojamu deformāciju pirms lūzuma, absorbējot enerģiju un aizsargājot elektroniku. Pieredze uz vietas rāda, ka titāna rāmja sviras iztur triecienus, kas saplaisā alumīnija sviras, samazinot dīkstāves laiku un nomaiņas izmaksas profesionāliem operatoriem.
Rāmja sastāvdaļas, kas izgatavotas no titāna
Tipiskas titāna rāmja daļas ir motora stiprinājumi, galvenie sviras, kardāna kronšteini, šasijas kājas un augstākās klases industriālo platformu centrālā plāksne. Īpaši izdevīgi ir motora stiprinājumi: tie pārnes siltumu no motora un vibrāciju no rotora, un titāna stiprība nodrošina kompaktas montāžas izciļņas, kas pieskrūvē tieši pie motora korpusa bez alumīnija adaptera.
Profesionālo bezpilota lidaparātu salokāmie mehānismi un{0}}ātrās atvienošanas savienojumi ir izgatavoti no titāna stieņa, jo plānās-sienas uzgaļiem, tapām un svirām ir jāiztur atkārtotas darbības bez nodiluma vai noguruma. Ja runa ir par militārām un ilgstošas -izturības platformām, titāna stiprinājumi un piederumi pabeidz svara samazināšanas programmu, ko uzsāk pati rāmja konstrukcija.
Titāna rāmju ražošanas metodes
Titāna rāmja detaļas tiek ražotas ar CNC apstrādi no stieņa vai plātnes, ar ieguldījumu liešanu sarežģītiem kronšteiniem un arvien vairāk ar piedevu ražošanu. Apstrāde nodrošina stingras pielaides skrūvju rakstiem un gultņu ligzdām, liešana ir piemērota liela-apjoma sarežģītām formām, un 3D drukāšana rada režģu-stingrus sviras un integrētus stiprinājumus, kurus nebūtu iespējams apstrādāt. Pēc izgatavošanas detaļas var anodēt aizsardzībai pret koroziju un apstrādāt ar virsmas apstrādi, kas samazina nodilumu saskares vietās.
Svara optimizācijā tiek izmantota topoloģijas analīze: materiāls tiek noņemts no zema-sprieguma zonām un koncentrēts pa slodzes ceļiem, veidojot detaļas, kas ir par 30–50 procentiem vieglākas nekā vienkāršas prizmatiskas formas. Tā kā titāna iekārtas ar mazāku ātrumu nekā alumīnija, ir jāievēro izvēlētā procesa konstrukcijas-ražošanas noteikumi{5}}, lai vienības izmaksas būtu pieņemamas platformas ražošanas apjomam.
Bieži uzdotie jautājumi
J: Kāpēc dronu rāmjiem izmantot titānu, nevis alumīniju?
A: Titāns piedāvā augstāku īpatnējo izturību un noguruma izturību, tāpēc rāmja sviras var būt plānākas un vieglākas tai pašai slodzei, uzlabojot izturību un kravnesību.
J: Kurš titāna sakausējums tiek izmantots UAV rāmjos?
A: Ti-6Al-4V, kura stiepes izturība ir aptuveni 895 MPa, ir standarta izvēle dronu konstrukcijas daļām, un komerciāli tīras kvalitātes tiek izmantotas vietās, kur formēšana ir svarīgāka.
J: Vai titāna rāmis padara dronu smagāku?
A: Nē. Lai gan titāns ir blīvāks par alumīniju, tā lielāka izturība pieļauj plānākas sekcijas, tāpēc kopējais rāmja svars parasti ir vienāds vai mazāks ar tādu pašu konstrukcijas novērtējumu.
J: Kā tiek ražotas titāna dronu daļas?
A. Ar CNC apstrādi, ieguldījumu liešanu vai piedevu ražošanu ar topoloģijas optimizāciju, ko izmanto, lai noņemtu materiālu no zema{0}}sprieguma zonām un samazinātu svaru.
J: Vai titāna cena ir lielāka par patērētāju droniem?
A: Patērētāju modeļiem izmaksas parasti nav pamatotas, bet rūpnieciskajām, lauksaimniecības un militārajām platformām papildu lidojuma laiks, izturība un avāriju izdzīvošana atmaksā ieguldījumu.
