ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องบินไร้คนขับ (โดรน) ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ตั้งแต่การเกษตร การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐาน การตรวจสอบภัยพิบัติ และการใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ ไปจนถึงการใช้งานยามว่าง UAV มีหลายประเภท แต่กระแสหลักคือเครื่องบินหลายใบพัดที่มีสี่ใบพัดขึ้นไปเพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวและความสูง ลำตัวเครื่องบินแบบหลายปีกจะต้องมีน้ำหนักเบาเพื่อเพิ่มน้ำหนักบรรทุกและแข็งแรงเพื่อรองรับแรงขับ แม้ว่าโครงสร้างจะผลิตได้ง่าย แต่ก็ต้องพิจารณาปัญหาบางอย่าง เช่น น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากข้อต่อของหลายส่วน และข้อจำกัดของโครงสร้างร่างกายเนื่องจากรูปร่างของวัสดุ เพื่อให้ได้การพกพาและการทำงาน มันเป็นวิธีที่เหมาะที่จะใช้ 3D CFRP ในการผลิตลำตัว โดยการปรับการจัดเรียงวัสดุให้เหมาะสมที่สุด จะสามารถกำจัดวัสดุที่ไม่จำเป็นจำนวนหนึ่งออกไปได้ และเส้นใยสามารถถูกจัดแนวเพื่อใช้ประโยชน์จาก anisotropy ที่สัมพันธ์กับน้ำหนักบรรทุก การปรับโครงสร้างลำตัวให้เหมาะสมตามโทโพโลยี ทีมทำงานร่วมกันได้ออกแบบรูปร่างเริ่มต้นของส่วนบนเพื่อการวิเคราะห์ โดยใช้ลำตัวที่มีอยู่เป็นพื้นฐาน แม้ว่าการออกแบบลำตัวเครื่องบินที่มีอยู่จะมีขอบ แต่ก็ออกแบบใหม่ให้พื้นผิวเรียบ ต่อเนื่อง และมุมร่างที่เพียงพอ โดยคำนึงถึงความสามารถในการแปรรูปของแม่พิมพ์ ตรงกลางแบนและสามารถรองรับเสาอากาศรับสัญญาณ GPS ได้
แบบจำลองรูปทรงเริ่มต้นสำหรับการวิเคราะห์ ศูนย์กลางเป็นแนวราบและสามารถรองรับเสาอากาศรับสัญญาณ GPS ได้
ตัวเครื่องที่มีอยู่ทำจากเรซิน ABS ที่มีความหนาประมาณ 1.5 มม. และมีโครงสร้างเปลือกโมโนเมอร์รูปทรงถุงปิดสนิท ด้วยเหตุนี้ เปลือกที่มีความหนา 2 มม. จึงถูกใช้เป็นแบบจำลองการวิเคราะห์เพื่อคำนวณช่วงการออกแบบ เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์จะถูกวางบนพื้นที่ราบรอบเสาอากาศ GPS พื้นที่นี้จึงไม่รวมอยู่ในขอบเขตการออกแบบ ลำตัวประกอบด้วยส่วนบนและส่วนล่างของลำตัวซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อและสกรูจำนวนมาก สถานะการยึดถูกจำลองโดยการเชื่อมโยงองค์ประกอบตำแหน่งสกรู เงื่อนไขขอบเขตและผลการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยี
เมื่อเครื่องบินลอยอยู่ในอากาศ ร่างกายจะได้รับแรงต่างๆ ที่ยากต่อการวัดหรือประเมิน ในโปรเจ็กต์นี้ ในฐานะที่เป็นเคสจำลองโดยไม่ต้องใช้เงื่อนไขจริง ทีมงานได้แก้ไขฐานที่จะติดโหลดและสร้างเงื่อนไขสำหรับรูปแบบโหลด/แรงบิดที่แตกต่างกันหกแบบที่ใช้กับมุมทั้งสี่ของโรเตอร์ (กล่องบรรจุ) จากนั้นจะกำหนดรูปร่างที่สร้างความแข็งแกร่งสูงสุดภายใต้กล่องรับน้ำหนักที่แตกต่างกัน 6 แบบ ผลการวิเคราะห์ของบทความนี้เป็นผลจากการปรับให้เหมาะสมสำหรับสถานการณ์เฉพาะรุ่น และไม่สามารถใช้กับเครื่องจริงได้อย่างกว้างขวาง
ออกแบบรูปร่างใหม่ตามผลการปรับให้เหมาะสม เมื่อพิจารณากรณีโหลดทั้ง 6 กรณี ผลการปรับให้เหมาะสมจะนำไปสู่รูปร่างที่ปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยรูปแบบกริดที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ การตั้งค่าเงื่อนไขขอบเขตหลายรายการอาจทำให้ได้ผลลัพธ์ที่มีปริมาณงานสูง ผลการวิเคราะห์เป็นข้อมูลไฟไนต์เอลิเมนต์เมช ซึ่งไม่สามารถใช้เป็นข้อมูล CAD ได้ ดังนั้น รูปร่างลำตัวที่ปรับปรุงแล้วจึงถูกสร้างขึ้นใหม่ตามผลลัพธ์ วิธีการผลิต: เทคโนโลยีการจัดวางไฟเบอร์แบบกำหนดเอง (TFP) การจัดตำแหน่งไฟเบอร์แบบปรับแต่งเองเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้ทำพรีฟอร์ม ซึ่งเส้นใยคาร์บอนยาวต่อเนื่องจำนวนหนึ่งถูกเย็บลงบนผ้าฐาน ถึงแม้ว่าวิธีการนี้จะถูกนำมาใช้กับชิ้นส่วนเครื่องบินและการใช้งานอื่นๆ แต่ก็แทบจะไม่มีกรณีการค้าในญี่ปุ่น และการพัฒนาธุรกิจในอนาคตสามารถคาดหวังได้โดยการสร้างเทคโนโลยีโดยเร็วที่สุด ในการศึกษานี้ โดยใช้วิธีนี้ คาร์บอนไฟเบอร์จะถูกจัดเรียงตามผลการปรับให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องบินโดยไม่สูญเสียแอนไอโซโทรปี เนื่องจากพรีฟอร์มทำในรูปแบบระนาบ พรีฟอร์มจึงต้องได้รับการออกแบบในลักษณะที่รูปร่างหลังจากการขึ้นรูปจะแบนและคลี่ออก เพื่อให้สามารถสร้างรูปร่าง 3D ขึ้นใหม่ในแม่พิมพ์ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป
การขึ้นรูปแบบ VARTM CFRP VARTM เป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบถ่ายโอนเรซิน (RTM) ซึ่งใช้แม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปและการดูดแรงดันสุญญากาศในระหว่างการทำให้เคลือบเรซินเหลว พรีฟอร์มถูกวางลงในแม่พิมพ์อะลูมิเนียมด้านเดียว (แม่พิมพ์ตัวเมียที่พื้นผิวด้านนอกของลำตัว) และปิดผนึกด้วยวัสดุบรรจุถุง การดูดสูญญากาศใช้เพื่อช่วยในการชุบเรซินเทอร์โมเซตติง ซึ่งจากนั้นจะบ่มในหม้อนึ่งความดัน เนื่องจากพรีฟอร์มมีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย เส้นใยของต้นแบบแรกจึงเป็นฟันปลา เพื่อแก้ไขสิ่งนี้ ในขั้นตอนการออกแบบของต้นแบบที่สอง ขนาดจะถูกปรับโดยการเปลี่ยนค่าออฟเซ็ตระหว่างระนาบกึ่งกลางของพรีฟอร์มกับพื้นผิวลำตัว ต้นแบบแรกมีปัญหาด้านคุณภาพ รวมถึงการชุบเรซินไม่เพียงพอในคาร์บอนไฟเบอร์ พื้นที่ที่เหลือและช่องว่างในชุดคาร์บอนไฟเบอร์ ในกระบวนการบรรจุถุงสูญญากาศ การทำให้ชุ่ม และการผลิตหม้อนึ่งความดัน มีการใช้มาตรการแก้ไขดังต่อไปนี้: การเปลี่ยนกระบวนการตัดผ้าแก้ว ลดความหนืดของเรซิน ย้อนกลับด้านแม่พิมพ์ของการตั้งค่าพรีฟอร์ม เปลี่ยนกระบวนการเคลือบ ผลการวิจัยพบว่าผ้าแก้วสามารถชุบน้ำได้ดีกว่า แต่มีช่องว่างมากขึ้นบนพื้นผิวและด้านในของมัดคาร์บอนไฟเบอร์ ในปัจจุบัน จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงคุณภาพของชิ้นส่วนขึ้นรูป ทีมงานทำการทดสอบการบินบนเครื่องบินและประเมินความเหมาะสมของเครื่องบิน นักบินทดสอบความคล่องแคล่ว ผลลัพธ์เป็นที่น่าพอใจ เพราะการตอบสนองระหว่างการบังคับเลี้ยวนั้นดีกว่าของเครื่องบินเรซิน ABS การรวมกันของการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีและวัสดุ CFRP คาดว่าจะให้ชิ้นส่วนโครงสร้างที่มีประสิทธิภาพสูงโดยมีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูง การศึกษานี้ยืนยันว่าโครงสร้าง CFRP สามมิติสามารถเกิดขึ้นได้โดยใช้พรีฟอร์ม TFP บนลำตัวแบบหลายปีก ในอนาคตด้วยการสะสมความรู้เกี่ยวกับการออกแบบพรีฟอร์มและวิธีการขึ้นรูปแบบคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ คาดว่ามันจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ต่างๆจากด้านการบินและอวกาศ
