1、一種適用于小型無人機的夾層板材設計摘要:夾層材料是一種極具想象力的材料，它甚至與特殊材料并為當代新型材料的兩大發展方向，具有難以度量的發展空間。本文介紹了一種用于特定用途無人機的夾層板材設計方案，并通過多次實踐檢驗了其強度與可靠性。關鍵詞:夾層材料無人機板材無人機最初用于航空運動，而后用作飛行員和地面武器訓練的靶機。無人機是由航空模型飛機發展而來的，它是使用無線電遙控或衛星通訊等手段進行操縱或由自身程序控制操縱的一種不載人飛行器。無人機的種類繁多、用途廣泛，有的無人機還具有多種用途。軍用無人機的主要用途是：靶機、偵察無人機、誘餌無人機、電子對抗無人機、攻擊無人機、戰斗無人機，它還可以用于目標鑒

2、別、激光照射、遠程數據傳遞的空中中繼站、反潛、炮火校正和遠方高空大氣的測量以及對化學、細菌污染和核輻射的偵察等。1設計背景本次設計是為配合某電視臺拍攝需求，設計出一架能從地面起飛，飛行高度100m以上，留空時間大于30min,最大起飛重量不超過3000g,可以搭載并安全投放重量為250500g載重的小型無人機。經過前期機型設計，估算出本次設計的基本參數如下飛機總重量：25003000g。機翼面積:60dm2。翼展:1900mm。平尾面積:1540cm2。垂尾面積:506cm2。尾力臂:100cm。上反角:8°發動機:ASP46級(6.5cc)。目前，用于制作無人機的材料主要有木材、竹

3、材、塑料、復合紙料、紙、紡織品等非金屬材料，還有鋁、銅、鋼、鈦以及合金金屬等金屬材料。出于成本預算和前期機型設計的綜合考慮，本次設計決定使用一種獨特的夾層板材作為主機身的材料。2主體材料的選擇2.1木材的選擇木材有著取材方便、價格便宜、加工容易、粘結方便等優點，更重要的是它有較高的比強度。比如，同等強度要求下松木的質量比鋼材輕2.4倍，對于航空器而言這是一個非常顯著的優點木材的選擇除考慮其比重、順紋壓力強度、順紋拉力強度等因素外還應根據不同的應力要求選擇不同的木紋紋理。從原木的不同位置鋸出來的木片有弦切木片、徑切木片、斜切木片三種，他們的表面紋理有很大差別。木紋的不同自然會使三者強度特性產生很

4、大區別。徑切木片。此類木片沿木紋方向拉伸強度較大，但其橫向強度不大，容易彎曲，不宜單獨用于制作平板部件。弦切木片。此類木片很不穩定，干燥后容易產生翹曲。此類木片質量較差。斜切木片。此類木片的剖面木紋是傾斜的。而且當木紋傾斜45時最穩定，不易變形，橫向受力也比較好。2.2塑料的選擇塑料的比強度較高，化學穩定性好，不容易變形。航空模型和無人機常用的塑料主要有硬質泡沫塑料、注塑件、板材熱壓件、玻璃鋼和石墨纖維等。此外還有熱縮型的塑料蒙皮，它已逐漸取代傳統的綿紙和尼龍絹蒙皮。注塑件和板材熱壓件。一般使用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS和尼龍等為原材料。在航空模型和無人機中主要用于制作螺旋槳、

5、槳帽、整流罩、發動機架、各種接頭和搖臂等。玻璃鋼是用玻璃纖維和樹脂膠結合而成的復合材料。它在航空模型和無人機中可以用在結構的局部加強和表面加強上。它的特點是強度大、重量輕、加工成型方便，適合于單件生產。硬質泡沫塑料主要有聚苯乙烯硬泡沫塑料、聚氯乙烯硬泡沫塑料、聚氨酯硬泡沫塑料、聚苯乙烯硬泡沫塑料吹塑紙。聚苯乙烯泡沫塑料是常見的普通泡沫塑料，經過熱軋加工后，顆粒變的細而緊密，其密度和強度可以得到較大提高。3夾層板材的設計本次設計，嘗試了一種以熱軋聚苯泡沫片為主芯，使用桐木片為外表加強的夾層材料，這種材料集合了硬質泡沫的輕質、結構強和木材特殊的紋向結構強度等優點，兩者又能互補之間的缺點。使用三層厚

6、度為5mm的熱軋硬質聚苯泡沫板為芯，外層用2mm厚的桐木板作為外表面，使用6101環氧樹脂膠進行粘合，桐木板的木紋方向與桿的長度方向一致。由于尾力臂為100cm,主翼翼弦為31.6cm,尾翼翼弦為22cm。其中飛機的尾力臂是指主翼壓力中心與水平尾翼壓力中心的距離，一般而言，機翼的壓力中心位于機翼前部1/3翼弦處：在設計時，機身在前部留有10cm與機頭連接，在尾部要與水平尾翼連接，而水平尾翼后部1/3的面積是留給控制舵面的，所以制作出來的夾層桿長度為：夾層桿橫截面的寬度和高度比設定為2/5,其中夾層桿截面寬度為3層泡沫板的厚度加上2層桐木板的厚度即:3>5+2X2=19(mm)加上板與板之

7、間的樹脂膠，制作出來的夾層材料實際厚度為20mm。由此可知：為了使機身橫向穩定性更可靠，在實際制作中，夾層桿的上下兩個平面使用3mm的桐木板作為表面，這樣就可得到泡沫芯的尺寸為此種夾層板在飛行時，尾部和自身的重量將全部施加其上，其所受的縱向力矩會比橫向力矩大的多，所以外表木板采用縱向包裹的形式，即:上下兩個3mm的桐木板寬度為20mm,左右兩邊2mm的桐木板寬度為44mm,這樣就保證了夾層桿在受力彎曲時左右兩片木板不會與泡沫芯的粘合表面發生過度錯位而脫離。此外，由于購置材料的最大尺寸只有1000mm，而需要制作的夾層桿長度為1130mm,這樣每一個木質表面都要用兩塊板材來制作，為了不使材料的接

8、合縫重合而造成強度危險區，且更不能將接縫置于靠近機翼的一邊，于是制作時使用兩片長分別為630mm和600mm的桐木板作為下表層，兩片長度分別為400mm和730mm的桐木板作為上表面，兩片長為1000mm和130mm的桐木板作為左右表面，就將材料的接縫盡量散布在機身尾部，保證了材料強度的安全性。最后，由于尾翼重量很輕，為減小機身桿的尾部尺寸，尾部長度為500mm的機身的橫截面高度由正常的50mm逐漸縮小到尾部的30mm，在制作時直接將泡沫芯做成尾部漸收的形狀，再將木板用6101環氧樹脂封裝4試飛與應用結論試飛工作前期主要是不攜帶機翼和攜帶機翼兩種情況下的試滑跑，而后進行70%最大發動機功率空載及滿載試飛行，最后試驗載荷操縱與投放系統。經過多次試飛及實際拍攝應用，本次設計的