Анализ работоспособности компонентов БПЛА, полученных с помощью аддитивных технологий

Краткая аннотация:

Работа посвящена комплексному теоретическому и экспериментальному анализу работоспособности элементов беспилотных летательных аппаратов, изготовленных с применением аддитивных технологий. В фокусе исследования находятся механические и эксплуатационные характеристики конструкций с сотовым и композитным наполнителем адаптивной геометрии, созданных методами 3D-печати (FDM, SLA, SLM и др.), которые находят всё более широкое применение в современном авиастроении. В рамках исследования проведён системный обзор современной литературы по применению трёхслойных сэндвич-панелей и композитных материалов для БПЛА, рассмотрены типы панелей, заполнителей (гексагональные соты, гофрированные и ферменные структуры), их преимущества и недостатки при эксплуатационных и тепловых нагрузках. Представлены аналитические и численные методы расчёта напряжённо-деформированного состояния сотовых конструкций под механическим и тепловым воздействием, а также приведена математическая модель термодеструкции полимерных композитов при интенсивном лучистом потоке и локальных температурных перегрузках. Особое внимание уделено анализу особенностей проектирования адаптивных нерегулярных ячеистых структур с помощью современных CAD/CAM-платформ, возможностям их оптимизации по массе и жёсткости, а также последствиям технологических дефектов (анизотропия свойств, пористость, появление концентраторов напряжений при увеличении диаметра отверстий и др.). Значительная часть работы посвящена оценке влияния аддитивных технологий на прочностные и ресурсные показатели топологически оптимизированных деталей, изготовленных из фотополимерных смол и пластмасс, как в экспериментальных испытаниях, так и по результатам конечно-элементного моделирования. Экспериментальный раздел содержит результаты статических испытаний панелей и кронштейнов различных конструкций (в том числе топологически оптимизированных), выполненных из титана, фотополимеров и стеклопластика на основе фотополимерных и эпоксидных смол. Сравнительный анализ показал, что композиты на фотополимерной основе во многих случаях практически не уступают по характеристикам классическим эпоксидным материалам и традиционным металлическим решениям, при этом обладают преимуществами в точности, скорости и ресурсоэффективности производства. В заключении показано, что сочетание передовых аддитивных технологий с инженерной оптимизацией конструкций открывает новые возможности для создания лёгких, прочных и ремонтопригодных авиационных компонентов сложной геометрии для БПЛА. Представлены рекомендации по рациональному использованию аддитивного производства в авиационном дизайне и обозначены направления дальнейших исследований (оптимизация анизотропии, повышение устойчивости к термовоздействию, промышленная интеграция отечественных решений и др.). Полученные результаты представляют интерес для авиастроения, экспериментального прототипирования и внедрения композитных и напечатанных изделий в высокотехнологичных транспортных системах.