消费级多用途无人机造型与复合材料工艺设计(附件)【字数：14533】
摘 要摘 要无人机在诸多事关民生和非传统安全事务的领域，能发挥载人飞机所不及的作用。如灾情监视、交通巡逻、治安监控和航空摄影、地球物理勘探、海岸缉私等。消费级无人机，尤其在航拍领域有着诸多优点，如机动性强，受场地限制小，安全性高，费用较低等。随着无人机航拍越来越流行，对无人机进行改良设计，使无人机变得更加便于使用，以及更加美观就变得越加重要和急迫。而越来越成熟的碳纤维技术为无人机的减重和提升强度提供了机会，如何将复合材料与无人机两者结合起来则是本次毕业设计的目的。关键词无人机；复合材料；消费级
目录
目录 1
第一章 绪论 3
1.1研究背景及意义 3
1.2无人机的发展简史 4
1.3碳纤维复合材料概述 6
第二章 无人机与复合材料 8
2.1无人机发展遇到的问题 8
2.2复合材料对无人机的改良进化的理论依据 9
第三章 在造型设计中考虑复合材料的特性 10
3.1进行造型设计的前提条件 10
3.2一体成型的已有尝试 11
3.3造型设计的方向和一步步推进 14
3.3.1明确设计方向 14
3.3.2初步想法和设计草图 14
3.3.3结合成型工艺的局限性调整设计草图 14
3.4造型设计的确定方案 15
第四章 复合材料成型工艺 16
4.1复合材料的成型工艺 16
4.2真空导流工艺概述 18
4.3设计草图的分模，模具设计 20
4.4 CNC模具制作 21
4.4.1刀具的选用，及刀路的形成 21
4.4.2 CNC模具成型的编程的确定与细节修改 21
4.4.3模具的修缮与打磨等等 21
4.5产品成型 22
4.5.1设备，材料的准备 22
4.5.2脱模剂的覆盖 22
4.5.3真空环境的准备，碳纤布的铺层与预压实 23
4.5.4树脂的调配与真空导流 23
4.5.5脱模与修剪 23
第五章 产品 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的组装成型与包装方式 24
5.1产品的组装及元件的植入 24
5.2手提箱设计与包装方式 24
第六章 关于未来碳纤维与无人机的展望 25
6.1关于续航能力的提升及其带来的福音 25
6.2关于机体强度以及其所带来的无人机功能拓展的展望 25
结语 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
无人机在诸多事关民生和非传统安全事务的领域，能发挥载人飞机所不及的作用。如灾情监视、交通巡逻、治安监控和航空摄影、地球物理勘探、海岸缉私等。
消费级无人机，尤其在航拍领域有着诸多优点，如机动性强，受场地限制小，安全性高，费用较低等。
随着无人机航拍越来越流行，对无人机进行改良设计，使无人机变得更加便于使用，以及更加美观就变得越加重要和急迫。
无人机在便携，续航（减轻重量，减小风阻）等方面还有很长的路要走。
1.2无人机的发展简史
第一次世界大战进入尾声时，动力飞行还完全是一个新生的事物。十多年前，莱特兄弟刚在北卡罗来纳州的基蒂霍克（Kitty?Hawk）的沙丘间完成了原始双翼飞机试飞。那是个重大发明辈出的年代。1917年，皮特库柏（Peter?Cooper）和埃尔默A斯佩里（Elmer?A.?Sperry）发明了第一台自动陀螺稳定器，这种装置能够使得飞机能够保持平衡向前的飞行，无人飞行器自此诞生。这项技术成果将美国海军寇蒂斯N9型教练机成功改造为首架无线电控制的不载人飞行器（unmanned?aerial?vehicle，简称UAV）。斯佩里空中鱼雷（Sperry?Aerial?Torpedo）搭载300磅（约合136千克）的炸弹飞行50英里，但它从未参与实战。[1]
1935年:DH.82B?蜂王号（DH.82B?Queen?Bee）?
截止1935年之前，常用的空中飞行器都是飞不回起飞点的，所以那时候的无人机都是作为消耗品，无法重复使用。蜂王号的问世，意味着无人机终于能够实现自动飞回到起飞点的功能，从而使得这项技术越来越具有实际价值。蜂王的测试数据非常良好，最高飞行高度17000英尺（约合5182米），最高航速每小时100英里（约合160公里），在英国皇家空军服役到1947年。
1955年：瑞安火蜂号（Ryan?Firebee）
1951年，由瑞安航空制造的火蜂原型机XQ2由于制造上的失误一直难以实际试飞，终于，在四年后的1955年进行了首次试飞。其特殊意义是，这是世界上第一架以喷气式推动作为动力的无人机，这是一个无人机史上的重大突破。该型无人机服役期间主要用于美国空军。火蜂无人机适用于情报收集以及无线电交流的监控活动。
1986年：先锋（The?Pioneer）RQ2A?
据美国海军记载，先锋系列无人机于1986年12月首次试飞，作为战术指挥官的“眼睛”拍摄并实时传送了目标以及所在战场的实时画面，成功地执行了美国海军下达的“侦察、监视并获取目标”等各种任务。该系列无人机在定位系统上花费的预算很低，成功地满足了20世纪80年代美国在黎巴嫩，格林纳达以及利比亚以低代价开展无人获取目标的要求，并首次投入实战。三十年过去了，先锋型无人机现在仍有一些在服役，和以前的区别是，现在的先锋通过火箭助力起飞，起飞重量416磅（约合189千克），航速每小时109英里（约合174公里）。在目标完成，燃料耗尽后，飞机可以漂浮在水面，可以通过在海面降落进行回收。
2010年：全球鹰?
全球鹰高空飞行器拥有长时间飞行能力。服役美国空军的该类无人机装备了能够开展情报收集、侦察以及监视等功能的综合传感器。2001年开始研发的全球鹰项目成为航空历史的重大标杆。这是已知的第一架能够不经停直接飞越太平洋的无人机，该无人机在2006年7月获准在美国领空飞行。
而到最近几年，随着无人机的技术越来越成熟，以及人民消费水平的提高，消费级无人机和植保型无人机等私人使用的无人机的发展也是蒸蒸日上。在国内，以大疆为首的消费级无人机的技术已经达到了非常高的层次，消费级无人机的平稳性，GPS定位，避障等功能均已实现了长足的发展。
但是，大疆的无人机在完美实现无人机的基础功能的同时，似乎也对无人机的后续发展竖起了一面大墙。大疆的无人机无一例外，都是采用工程塑料制作机壳，使用锂电池作为动力来源，使用上下腔分模的方式设计外壳，等等。这些无人机产品的成功，给以后的无人机设计发展画了一个大大的问号：如果我启用其他材料，我的产品可以比得上大疆吗？如果我使用新的结构，我的飞机会比大疆的更科学吗？当一家公司，一个系列的产品远远超越了同行的其他产品时，行业的发展将失去多样性和活跃性。
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第一章 绪论 3
1.1研究背景及意义 3
1.2无人机的发展简史 4
1.3碳纤维复合材料概述 6
第二章 无人机与复合材料 8
2.1无人机发展遇到的问题 8
2.2复合材料对无人机的改良进化的理论依据 9
第三章 在造型设计中考虑复合材料的特性 10
3.1进行造型设计的前提条件 10
3.2一体成型的已有尝试 11
3.3造型设计的方向和一步步推进 14
3.3.1明确设计方向 14
3.3.2初步想法和设计草图 14
3.3.3结合成型工艺的局限性调整设计草图 14
3.4造型设计的确定方案 15
第四章 复合材料成型工艺 16
4.1复合材料的成型工艺 16
4.2真空导流工艺概述 18
4.3设计草图的分模，模具设计 20
4.4 CNC模具制作 21
4.4.1刀具的选用，及刀路的形成 21
4.4.2 CNC模具成型的编程的确定与细节修改 21
4.4.3模具的修缮与打磨等等 21
4.5产品成型 22
4.5.1设备，材料的准备 22
4.5.2脱模剂的覆盖 22
4.5.3真空环境的准备，碳纤布的铺层与预压实 23
4.5.4树脂的调配与真空导流 23
4.5.5脱模与修剪 23
第五章 产品 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
的组装成型与包装方式 24
5.1产品的组装及元件的植入 24
5.2手提箱设计与包装方式 24
第六章 关于未来碳纤维与无人机的展望 25
6.1关于续航能力的提升及其带来的福音 25
6.2关于机体强度以及其所带来的无人机功能拓展的展望 25
结语 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
无人机在诸多事关民生和非传统安全事务的领域，能发挥载人飞机所不及的作用。如灾情监视、交通巡逻、治安监控和航空摄影、地球物理勘探、海岸缉私等。
消费级无人机，尤其在航拍领域有着诸多优点，如机动性强，受场地限制小，安全性高，费用较低等。
随着无人机航拍越来越流行，对无人机进行改良设计，使无人机变得更加便于使用，以及更加美观就变得越加重要和急迫。
无人机在便携，续航（减轻重量，减小风阻）等方面还有很长的路要走。
1.2无人机的发展简史
第一次世界大战进入尾声时，动力飞行还完全是一个新生的事物。十多年前，莱特兄弟刚在北卡罗来纳州的基蒂霍克（Kitty?Hawk）的沙丘间完成了原始双翼飞机试飞。那是个重大发明辈出的年代。1917年，皮特库柏（Peter?Cooper）和埃尔默A斯佩里（Elmer?A.?Sperry）发明了第一台自动陀螺稳定器，这种装置能够使得飞机能够保持平衡向前的飞行，无人飞行器自此诞生。这项技术成果将美国海军寇蒂斯N9型教练机成功改造为首架无线电控制的不载人飞行器（unmanned?aerial?vehicle，简称UAV）。斯佩里空中鱼雷（Sperry?Aerial?Torpedo）搭载300磅（约合136千克）的炸弹飞行50英里，但它从未参与实战。[1]
1935年:DH.82B?蜂王号（DH.82B?Queen?Bee）?
截止1935年之前，常用的空中飞行器都是飞不回起飞点的，所以那时候的无人机都是作为消耗品，无法重复使用。蜂王号的问世，意味着无人机终于能够实现自动飞回到起飞点的功能，从而使得这项技术越来越具有实际价值。蜂王的测试数据非常良好，最高飞行高度17000英尺（约合5182米），最高航速每小时100英里（约合160公里），在英国皇家空军服役到1947年。
1955年：瑞安火蜂号（Ryan?Firebee）
1951年，由瑞安航空制造的火蜂原型机XQ2由于制造上的失误一直难以实际试飞，终于，在四年后的1955年进行了首次试飞。其特殊意义是，这是世界上第一架以喷气式推动作为动力的无人机，这是一个无人机史上的重大突破。该型无人机服役期间主要用于美国空军。火蜂无人机适用于情报收集以及无线电交流的监控活动。
1986年：先锋（The?Pioneer）RQ2A?
据美国海军记载，先锋系列无人机于1986年12月首次试飞，作为战术指挥官的“眼睛”拍摄并实时传送了目标以及所在战场的实时画面，成功地执行了美国海军下达的“侦察、监视并获取目标”等各种任务。该系列无人机在定位系统上花费的预算很低，成功地满足了20世纪80年代美国在黎巴嫩，格林纳达以及利比亚以低代价开展无人获取目标的要求，并首次投入实战。三十年过去了，先锋型无人机现在仍有一些在服役，和以前的区别是，现在的先锋通过火箭助力起飞，起飞重量416磅（约合189千克），航速每小时109英里（约合174公里）。在目标完成，燃料耗尽后，飞机可以漂浮在水面，可以通过在海面降落进行回收。
2010年：全球鹰?
全球鹰高空飞行器拥有长时间飞行能力。服役美国空军的该类无人机装备了能够开展情报收集、侦察以及监视等功能的综合传感器。2001年开始研发的全球鹰项目成为航空历史的重大标杆。这是已知的第一架能够不经停直接飞越太平洋的无人机，该无人机在2006年7月获准在美国领空飞行。
而到最近几年，随着无人机的技术越来越成熟，以及人民消费水平的提高，消费级无人机和植保型无人机等私人使用的无人机的发展也是蒸蒸日上。在国内，以大疆为首的消费级无人机的技术已经达到了非常高的层次，消费级无人机的平稳性，GPS定位，避障等功能均已实现了长足的发展。
但是，大疆的无人机在完美实现无人机的基础功能的同时，似乎也对无人机的后续发展竖起了一面大墙。大疆的无人机无一例外，都是采用工程塑料制作机壳，使用锂电池作为动力来源，使用上下腔分模的方式设计外壳，等等。这些无人机产品的成功，给以后的无人机设计发展画了一个大大的问号：如果我启用其他材料，我的产品可以比得上大疆吗？如果我使用新的结构，我的飞机会比大疆的更科学吗？当一家公司，一个系列的产品远远超越了同行的其他产品时，行业的发展将失去多样性和活跃性。
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