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无人机机身外壳加工制造

就像昨天一样,无人机似乎是新颖的东西,是公司制造的原型和进取的业余爱好者。现在看来,无人机已经占领了世界。它们无处不在,在工业,艺术甚至儿童玩具中都扮演着角色。人们常常忽略了这些小型飞行器只是在最近才变得普遍的事实。无人机仍处于起步阶段,随着材料和微控制器技术的改进,未来的无人机将以似乎就像科幻小说的方式发展。

发表于2021-03-16 08:12:35,通过 cyanbat发布 | 点击数:0


无人机使用的顶级材料:

  • 镁合金
  • 锂离子电池

就像昨天一样,无人机似乎是新颖的东西,是公司制造的原型和进取的业余爱好者。现在看来,无人机已经占领了世界。它们无处不在,在工业,艺术甚至儿童玩具中都扮演着角色。人们常常忽略了这些小型飞行器只是在最近才变得普遍的事实。无人机仍处于起步阶段,随着材料和微控制器技术的改进,未来的无人机将以似乎就像科幻小说的方式发展

通过检查无人机的设计方式和制造材料,我们可以了解这项重要技术的发展方式,并了解在不久的将来它会如何发展。

无人飞行器(UAV)正在迅速取代传统的土地监视方法。它们的普及如此迅速,以至于有些人甚至将经典的“鸟瞰图”表达与“无人机鸟瞰图”一起抛弃了。

那么,什么是无人机?他们是如何设计的?是什么促使他们迅速成为一种广泛使用的技术?

让我们找出答案。

什么是无人机?

对于大多数人来说,“无人机”是一种特定类型的无人机(UAV):多旋翼飞机或多旋翼飞机。顾名思义,这些机器通过将来自两个或多个电机驱动螺旋桨的推力向下引导而飞行。

最受欢迎的消费类机型是旋翼机(4旋翼),但商用机型包括六旋翼(6旋翼)和八旋翼(8旋翼)以提供更大的升力。尽管那里有各种各样的军用和民用无人机,但我们将重点介绍常见的多旋翼无人机及其制造材料。

为了飞行,无人机必须能够产生足够的向上推力,以克服自身的重量,因此,在无人机中选择材料主要是通过使无人机的质量最小化来进行

制造无人机所用的每一克材料都需要举起能量,而节省下来的每一克材料都可以提高性能:

  • 货运能力提高
  • 延长飞行时间
  • 减少惯性并提高机动性

这种选择材料和设计组件以最小化质量的过程称为“轻量化”。这为我们提供了最重要的材料特性选择标准:通过选择低密度材料来最大程度地减少质量

零件分解

无人机是复杂的设备,由不同的组件共同组成。每个组件执行不同的功能,因此在为每个零件选择材料时会考虑不同的考虑因素。但是,对于每架无人驾驶飞机,都必须考虑材料密度,以最大程度地减轻重量并提高性能

框架:将所有元素组合在一起

框架提供了一个无人驾驶飞机的形状和保存所有的子系统到位。因为它具有机械功能,所以框架最重要的材料性能是强度。对于商用无人机,镁合金是较受欢迎的选择,因为使用注塑工艺将它们制成复杂的零件价格便宜

镁合金还提供了良好的强度和低密度,一些品种的拉伸强度超过100 MPa,密度低于2 g / cm3。长丝中还提供了许多镁合金,可用于3D打印定制零件,使镁合金成为实验无人机的流行组件。

虽然商用无人机可能会牺牲一些额外的重量以使其更实惠,但工业无人机会 优先考虑性能。可以少量使用强度高的材料,从而制造出更轻,性能更高的无人机。

如果我们使用Matmatch搜索来查找最低密度和最高强度的材料,那么我们将找到高性能无人机框架的最佳选择: 镁合金。这些复合材料具有高强度,低密度和高刚度,可制造出轻巧,坚固的无人机框架。

马达和螺旋桨:起飞

没有推力源,无人驾驶飞机将永远无法离地。驱动无人机的电动机是具有铜绕组和永磁体的传统电动机。可以选择电动机的外壳以最小化重量,并且镁合金或铝合金都具有良好的强度重量比。

但是,电机会产生大量热量。因此,具有高导热性的材料(例如)可用于外壳,以帮助冷却电动机。

在未来十年中,由中国制造商主导的全球非军事无人机市场规模将增长三倍,达到143亿美元。(路透社)

无人机的转子叶片高速旋转,因此当无人机飞行(或坠毁),它们往往吸收最多的磨损。就像框架材料一样,选择最佳的转子叶片材料既要使强度最大化,又要使重量最小。

一些转子叶片由镁合金制成。但是,转子叶片经常被损坏和更换,因此许多叶片是镁合金制成的,以减少转子叶片断裂时的更换成本

由于转子叶片通常在旋转时受到高速冲击而损坏,因此寻求设计耐用转子叶片的工程师可以通过冲击强度和密度来过滤材料,以选择合适的材料。

电池:飞行的力量

在无人机的所有组件中,对电池技术的改进可能是使现代多旋翼无人机成为可能的最重要突破。与在设计机械组件时考虑强度/重量比的方式相同,可以根据电池的重量来测量电池的性能

 

诸如比能量(J / kg)和比功率(W / kg)之类的测量以电池质量来描述电池存储和释放能量能力

如果能完全将自己抬离地面,老式铅酸电池和Ni-Cd电池的 重量对于他们能长时间飞行的无人驾驶飞机来说太重了。但是,现代锂离子电池以轻巧的包装提供了足够的能量和功率,从而使当今的多旋翼无人机成为可能。电池和电容器技术的未来发展将使更轻便,性能更高的无人机成为可能。

传感器:无人机的神经系统

多旋翼无人机每次飞行都会进行微妙的平衡。如果一台电动机提供的推力太大,则无人机将倾斜甚至翻转。就像人体在行走时如何使用复杂的感官和神经网络来平衡自身一样,多旋翼无人机也使用了令人印象深刻的一组传感器和反馈机制来保持飞行

警察和执法部门使用无人机进行交通事故现场调查,寻找失踪人员,嫌疑人的位置,营救行动,发现与公共安全有关或给居民带来不便的非法活动或行动,保护敏感地区以及犯罪现场调查。

无人机“神经系统”最重要的部分是其倾斜传感器。结合了陀螺仪传感器和加速度计的功能,倾斜传感器与无人机的电动机绑定在反馈回路中。

飞行中的无人驾驶飞机会不断对电机推力进行微调以使其保持水平,从而使其能够从气流和极端机动中恢复过来。一些先进的无人机还可以使每个转子独立倾斜,从而使无人机可以控制从每个转子获得的推力的方向和强度。

无人机还可以使用各种其他传感器来监视其内部系统和周围环境。电流和电压传感器可帮助无人机跟踪从其动力储备中汲取的能量,从而帮助飞行员知道何时该降落和充电。

GPS和磁性传感器通过测量无人机的位置和方向来辅助导航。气流传感器使无人机能够检测其空速或风流,并且该信息可以反馈到其平衡电路中,从而使无人机的飞行更加稳定。

微控制器和摄像头:更智能的无人机

微型芯片技术的进步与现代智能手机的发展一样,使无人驾驶飞机可以飞行计算机。可以在智能手机中找到的许多相同芯片(英特尔,英伟达,高通,ARM等)也出现在无人机中。

随着无人机变得越来越智能,它们变得越来越有能力以更少的人工控制来执行更复杂的任务。目前,这意味着无人机可以在没有人工驾驶的情况下遵循预定路径,或者记录来自更大传感器阵列的测量结果。但是研究人员正在学习如何对无人机进行编程,以在没有人工帮助的情况下执行日益复杂的任务。

对大多数人而言,无人机的全部目的是将摄像机携带到人类无法企及的高度。甚至基本的消费者级别的无人机都配备了摄像头,该摄像头可以将视频广播回智能手机,也可以将图像记录到内存中。

电影公司使用的高端无人机来拍摄他们的大预算影片。但是,“计算机视觉”领域的进步不仅将照相机变成了有效载荷,还为飞行员提供了帮助。未来的无人机将使用相机观察周围的世界,并利用这些信息进行自我驾驶。

无人机正变得越来越能够从任何一个人类飞行员没有帮助飞行或者甚至GPS导航,这是引起了强大的新功能:无人机协同工作。无人机群以前由使用GPS并与中央控制器进行通信的无人机团队组成,以确定每个人适合该组的位置。

但是,尖端研究已经产生了使用其自身的机载传感器甚至是摄像机的无人机以识别其他无人机并在编队中飞行。很快,看到无人驾驶无人机团队充当救生员照料庄稼或飞行搜索队以协助救灾工作变得很普遍。

具有全球影响力的技术

无人驾驶飞机现在似乎无处不在。他们是小号倒彩的电影,在电影主演,帮助销售不动产,广播体育,创造新的运动,在工作的农场和工厂,狩猎等无人机,很快便可以递送包裹。随着材料,人工智能和微控制器的改进,无人机将继续给广泛的行业带来革命性的变化

无人机的未来

无人机日益流行,并彻底改变了世界的工作和娱乐方式。选择用于无人机的材料以提高强度,高强度框架和高电池容量,同时最大程度地减轻重量。

最小化无人机的重量可以最大化其性能,无论是使电影院无人机能够执行更长的拍摄,还是使赛车无人机更具机动性。无人机也不断变得越来越智能,并且自动无人机已成为日常生活不可或缺的一部分。

“ Matmatch正在建立一个由工程师和科学家讨论材料技术的社区,我很高兴就新产品开发和材料科学的最新进展发表自己的见解。”

作者:青蝠科技   信息来源:@青蝠科技