玻纤无人机模具的开发

岳裕丰　鄢慧敏　王宇轩　吕腾飞　刘雨泽

摘要：随着航空技术的发展，在现实中无人机的应用越来越广泛，是未来航空业的一类新型领域。空地便携式侦察机是一种集航拍、侦查、巡逻等功能于一体的小型无人侦察机。本文介绍了研制的某型小型无人机制作工艺和关键技术，并进行详细阐述与说明。

关键词：航空技术；制作工艺；无人机

本文中制作的某型无人机空重1.6kg，可装0.60.8kg，是小型无人机，串联机翼布局，全长0.7m，翼展0.8m。飞机材料使用树脂基玻璃纤维增强蜂窝复合材料和树脂基碳纤维增强蜂窝复合材料。同时，生产过程采用3D打印技术辅助生产，使制造过程中的无人机具有创新性。

一、阳模模具制作

设计之初由于缺乏飞行参数和实物，所有的数据都反复进行了工程估算、再考虑主要影响因素，经过计算后得出。并采用CATIA，对无人机气动外形进行三维数据建模，绘制出各零部件的形状、大小和模拟装配。最终获得了无人机精准的数据模型。为阳模制作定下标准。

根据CATIA图，使用3D打印技术。 1：1打印出主要组件。 这包括机身，机翼，垂直尾翼，副翼，机翼和扭力弹簧连接，机身机翼连接等，以开发一个积极的模具。 部件形成后，使用人工精细研磨来改善表面光滑度。 当飞机飞行时，部分空气动力学形状要求很高。 因此，精度较高的部件中填充原子灰材料，然后进行粗砂纸抛光，细砂纸抛光和细砂水磨。 使表面足够光滑以满足基本要求。

对加工后的机身和机翼喷涂蓝色胶衣（一种环氧树脂），增加表面韌性，硬化阳模表面和防止表面腐蚀。等胶衣在无尘环境烘干后，我们在部件表面喷涂光漆，改善部件气动外形。并进一步光滑阳模表面。至此，飞机机身及机翼的阳模便制作完成。

二、阴模模具制作

我们制作出阳模后，运用倒模的方法，就可以制作出相应的阴模。制作阴模需要基体。我们探索使用工业上的橡皮泥制作基体，具有很好的效果。

制作开始之后，首先处理基材，加热至适当的温度（约40℃左右）并软化。 然后，将其轻敲，切割并捏合以形成阳模，留出一部分边缘宽度作为阳模。 模具定位和整形。 然后选择合模边界和粘合表面。 将一半的机身（机翼）阳模型放置在矩阵中。填埋场分离过程表面以下 所有部分。 并尝试确保平台平稳平整。 保留一个积极的模具 一半的模具形状。 使用挡板或夹子固定基板的边缘。 制作模具区域并完成准备工作。

在机身（机翼）暴露出的基体及边框表面、半表面。由于基体较软，且受精确外形的要求。采用喷涂脱膜剂方法。其次依次上光漆。待干后涂抹蓝色胶衣。在重要的模具外形确定区域填涂6–11mm厚的原子灰（包裹阳模区域）。硬化固定模具外形。确保模具使用面拥有足够的硬度和强度。之后即可连接加强，利用环氧树脂（粘合剂）铺设一层玻璃布。用短寸玻璃纤维，和环氧树脂胶水搅拌成粘稠状（以恰当的比例混合搅拌）制成模具的“玻璃粘”。由于‘玻璃粘在空气中长时间暴露容易凝固结块。故将制作好的‘玻璃粘，迅速填入玻璃布与边框之间的区域中。并一层层累积填平。‘玻璃粘因反应发热散热不均，很容易导致局部硬化凝固及反应发泡、局部发热膨胀。填充时需要不断刷涂搅拌。这使其均匀散热。待到将玻璃粘铺平倒模区域后。在上方铺设较粗的玻璃纤维布。这保证外形的完整性和粘连性。常温自然风干固化模具。

固化后，拆除边框。并将一半阴模与工业橡皮泥分离开来。此时可以采用加热到软化温度也可采用物理分离，再剥离出阴模。分离后，对阴模表面形状进行处理。得到阴模后，将边界打磨光滑即可。

我们可以用相同的方法制作出另一面的阴模。在每个部件都做出2个模具后。将模具编号为下一步合模做准备。并在合适的位置进行钻孔。在制作阴模的过程中，我们在阴模上需要预先埋设定位销。这样可以保证了合模过程中，保证了生产出机体结构的完整，上下两块阴模的定位准确。

三、后期处理

烘烤结束后，我们将模具取出并分开。我们得到机身（机翼）带内部框架的壳体。分开模具的难易度，这取决于‘第1步涂抹脱膜蜡的均匀化程度及涂抹的多少。以及后期处理有没有破坏脱模蜡膜层。对机翼进行修剪打磨处理。我们并测试其结构强度。对有损坏的部位喷涂胶衣，并修补打磨。对处理好的部件进行称重，记录数据。

四、组装模具

在机翼下表面中间形成一个长方形槽，副翼伺服机构安装在预定位置，伺服机构的数据线穿过机翼内置的碳管，并连接到内部设备舱的机身[1]。副翼配备连杆以连接副翼舵角和转向装置。轴承固定安装在机翼关节处。轴承安装并连接到从机身底部伸出的碳管。 扭力弹簧部署在机翼连接处以展开机翼。在安装过程中，应特别注意伺服电路，并应在同一方向上梳理线端[1]。

打开机身上表面的孔并安装电机，为了防止电机产生的过大的推力损坏机身后部[1]，可以在隔板的末端使用加强件，然后将螺旋桨安装在后部并连接到电机。机身上表面中部的一个孔留作电池槽，前部开口预留给侦察设备舱。 最后，零件被校准以完成无人机的整体组装。

五、结论

飞机组装完成后，将进行一系列测试，例如飞行测试，以测试空气动力学性能和结构强度。试飞表明，该机的设计和生产过程与预期结果非常吻合，取得了令人满意的结果[1]。当然，在试飞后发现一些小问题和不太理想的方面。 例如，发现拖尾及其弹出锁定装置的空气动力学性能是有问题的。后尾部布局和制造过程被重新考虑。尾部反弹开启和锁定装置再次被设计成将原始的旋转尾端改变为可收缩的弹放式。弹跳后使用扩张和夹紧弹簧来确保锁定和气动性能。

参考文献：

[1]刘萱，贾晓洋，周明.便携式筒式发射侦察机制作工艺.科技风，2015725.

项目：大学生创新创业训练计划项目（项目编号：IECAUC2017142）