Разработка процесса изготовления композитного крыла малого беспилотного летательного аппарата самолётной схемы

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические аспекты проектирования и нормативного регулирования композитных конструкций БПЛА

1.1. Физико-механические характеристики композиционных материалов и нормативная база их применения по ГОСТ Р

1.2. Современное состояние и перспективы развития малой беспилотной авиации в Российской Федерации

1.3. Особенности интеграции авиационных приборов в силовую структуру планера из полимерных материалов

Глава 2. Разработка технологического цикла и оценка эксплуатационных характеристик крыла

2.1. Обоснование выбора метода формования и проектирование технологической оснастки

2.2. Математическое моделирование нагрузок и расчет метрологических параметров готового изделия

2.3. Разработка методики контроля качества и регламента технического обслуживания композитных узлов

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Разработка процесса изготовления композитного крыла малого беспилотного летательного аппарата самолетной схемы

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена стремительным развитием беспилотной авиации в Российской Федерации и необходимостью создания конкурентоспособных малых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетной схемы с применением современных композиционных материалов. В условиях импортозамещения и укрепления технологической независимости российской авиационной промышленности разработка отечественных технологий изготовления композитных силовых конструкций планера, включая несущие поверхности, приобретает критическое значение. Композитные материалы на основе углеродных, стеклянных и арамидных волокон в полимерной матрице обеспечивают снижение массы конструкции на 20-40% по сравнению с традиционными металлическими сплавами при сопоставимой или более высокой прочности, что напрямую влияет на продолжительность полета, дальность действия и полезную нагрузку БПЛА. Крыло как основной несущий элемент самолетной схемы испытывает комплекс аэродинамических, инерционных и температурных нагрузок, что предъявляет особые требования к технологии его изготовления, точности геометрических параметров профиля и качеству соединения силовых элементов. Интеграция авиационных приборов — датчиков угловой скорости, акселерометров, системы воздушных сигналов, элементов системы управления — в композитную силовую структуру крыла требует учета особенностей крепления электронных компонентов к полимерным материалам, обеспечения экранирования и минимизации влияния вибрации на точность измерений.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе характеризуется наличием значительного объема исследований в области композиционных материалов и технологий их переработки, однако применительно к малым БПЛА самолетной схемы и специфике интеграции авиационного приборного оборудования вопросы освещены недостаточно. Отечественные научные школы ФГУП «ГосНИИАС», ЦАГИ имени Н.Е. Жуковского, МГТУ имени Н.Э. Баумана, МАИ (НИУ) внесли существенный вклад в разработку методов расчета композитных конструкций, технологий автоклавного и вакуумного формования, методик контроля качества. Вместе с тем промышленное внедрение технологий производства композитных крыльев для малых БПЛА массой до 30 кг сопряжено с необходимостью адаптации известных подходов к специфическим условиям мелкосерийного производства, разработки технологической оснастки и регламентов контроля, что определяет практическую значимость настоящей работы. Современные требования к авиационным приборам и комплексам, устанавливаемым на БПЛА, регламентируются Авиационными правилами АП-23, ГОСТ Р 55176-2012, документацией Росавиации и предполагают высокую надежность, малую массу, устойчивость к внешним воздействующим факторам, что должно учитываться на этапе проектирования силовой конструкции планера.

Цель выпускной квалификационной работы — разработать технологический процесс изготовления композитного крыла малого беспилотного летательного аппарата самолетной схемы с учетом интеграции авиационных приборов и обеспечения эксплуатационных характеристик конструкции.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать физико-механические характеристики композиционных материалов и нормативную базу их применения в авиации по действующим стандартам ГОСТ Р;
• исследовать современное состояние и перспективы развития малой беспилотной авиации в Российской Федерации с позиций требований к конструкции планера и авиационному оборудованию;
• изучить особенности интеграции авиационных приборов в силовую структуру планера из полимерных композиционных материалов;
• обосновать выбор метода формования композитного крыла и разработать конструкцию технологической оснастки;
• выполнить математическое моделирование нагрузок на крыло и рассчитать метрологические параметры готового изделия;
• разработать методику контроля качества композитных узлов крыла и регламент технического обслуживания композитных конструкций в процессе эксплуатации БПЛА.

Объектом исследования является композитное крыло малого беспилотного летательного аппарата самолетной схемы.

Предметом исследования выступает технологический процесс изготовления композитного крыла с учетом интеграции авиационных приборов и обеспечения эксплуатационных характеристик.

Методологическая база исследования включает теоретические основы механики композиционных материалов, методы расчета прочности и жесткости тонкостенных конструкций, теорию аэродинамики крыла, метрологию авиационных приборов. Расчетные методы основаны на применении метода конечных элементов для моделирования напряженно-деформированного состояния крыла, аналитических зависимостей для определения изгибающих моментов и перерезывающих сил при различных режимах полета. Инструментальные методы предполагают контроль геометрических параметров готового изделия координатно-измерительными машинами, ультразвуковой и рентгеновский контроль качества композитной структуры, испытания на прочность в соответствии с требованиями эксплуатационной документации. Нормативно-техническая база работы опирается на Авиационные правила АП-23 «Нормы летной годности самолетов в категории малый самолет», ГОСТ Р 56456-2015 «Композиты полимерные. Термины и определения», ГОСТ Р 53645-2009 «Материалы полимерные композиционные. Методы испытаний», ГОСТ 25.601-80 «Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов», руководящие документы Росавиации.

Научная новизна выпускной квалификационной работы состоит в комплексном подходе к разработке технологического процесса изготовления композитного крыла малого БПЛА, учитывающем одновременно требования прочности, жесткости, минимальной массы конструкции, а также специфику размещения и крепления авиационных приборов — датчиков навигации, элементов системы управления — в

…