Твой первый квадрокоптер: теория и практика

Карбон во всех его вариациях является почти идеальным материалом для летающих устройств. Наполняющим и силовым элементом материала являются карбоновые волокна, а связующим веществом — полиэфирные композиции горячего либо холодного отверждения. Карбоновым волокнам присуща чрезвычайно высокая удельная прочность при малом весе. Недостатком карбоновых деталей является хорошая проводимость вибрации и наличие выраженных собственных резонансов, что вредит виброзащите.

В авиамоделизме применяются следующие разновидности карбоновых материалов.

• Карбоновая ткань изготавливается из длинных волокон методом перекрестного плетения. В зависимости от технологии бывает из скрученных и прямых волокон, различается по плотности плетения. Применяется для формовки объемных изделий (каркасы, кожухи). Из карбоновой ткани методом вакуумной формовки изготавливают особо прочные и легкие пустотелые объемные рамы коптеров, так называемые "корки".

• Листовой карбон изготавливается из нескольких слоев карбоновой ткани, пропитанной полиэфирной композицией с последующим холодным или горячим отверждением под прессом. Очень легок и прочен, почти не гнется, сверлится и фрезеруется труднее, чем стеклотекстолит. Стоит в несколько раз дороже стеклотекстолита.

Внимание!

В силу своих электрических свойств и физической структуры листовой карбон в некоторых случаях способен полностью заблокировать работу приемника GPS, если его антенна расположена ближе, чем 2–2,5 см от поверхности карбона. При использовании карбоновых рам или деталей приемник GPS должен быть вынесен вверх на штанге или стойках высотой не менее 3 см.

• Карбоновые трубки изготавливаются либо накручиванием нескольких слоев карбоновой ткани на оправку с пропиткой смолой, либо экструзией полимерной массы с наполнителем из карбоновых волокон. Это очень хороший материал для изготовления лучей рамы либо сборной трубчатой рамы целиком. Но у него есть серьезный недостаток: карбоновым трубкам, особенно изготовленным из навитой ткани, присуща склонность к резко выраженным пикам резонанса на частотах вибрации.

• Экструдированные профили (pulltruded carbon) изготавливаются экструзией полимерной массы с наполнителем из карбоновых волокон через профильную фильеру. Это могут быть круглые, квадратные или прямоугольные прутки, трубчатые профили. Материал различается по длине и ориентации карбоновых волокон. Дешевые материалы изготавливаются с наполнителем из коротких, хаотично ориентированных, карбоновых волокон. Как правило, это профили относительно большого сечения. Более дорогие и прочные профили содержат длинные волокна, ориентированные вдоль профиля.

При изготовлении коптеров популярны трубчатые профили комбинированного сечения (рис. 4.3): квадратные снаружи, но с круглым отверстием внутри (square tube). Такие профили сочетают высокую удельную прочность круглой трубки и удобство монтажа квадратного профиля.

Рис. 4.3.Карбоновый профиль комбинированного сечения

Дело в том, что при изготовлении лучей из круглой трубки для крепления моторов и стыковки с рамой приходится применять специальные хомуты и кронштейны, а для квадратного профиля они не нужны.

• Карбоновые сэндвичи состоят из двух наружных слоев карбоновой ткани, наклеенных полиэфирным клеем на тонкую листовую бальзу. Как правило, изготавливаются самостоятельно и применяются при строительстве малогабаритных сверхлегких конструкций. Обладают уникальным соотношением удельного веса и прочности.

• Алюминиевые сэндвичи — материал, применяемый в рекламном производстве и при облицовке фасадов зданий. Два слоя алюминиевой фольги, толщиной 0,3 мм каждый, наклеены на листовой пластик. Очень хорошо обрабатывается на станке с ЧПУ и вручную. Но обладает большим удельным весом и низким отношением прочности к весу. Поэтому не рекомендуется для изготовления летающих конструкций.

• Смешанные материалы — китайская новация, направленная на снижение себестоимости и цены материала. В производстве экструдированных профилей наполнитель может состоять из смеси карбоновых (-60-70 %) и стеклянных (-40-30 %) волокон. В производстве листовых материалов берется окрашенный в черный цвет технический текстолит G10 и с двух сторон облицовывается одинарным слоем карбоновой ткани. По внешнему виду для неопытного взгляда такой материал неотличим от чисто карбонового листа.