CN103192980A - 基于经纬网络的充气机翼及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于经纬网络的充气机翼及其制造方法。根据本发明的基于经纬网络的充气机翼包括沿机翼弦向间隔布置的多个展向拉条、沿机翼展向间隔布置的多个弦向拉条、与展向拉条和弦向拉条的上下侧边缘热合连接的外蒙皮、以及与展向拉条的端部边缘热合连接的端部翼面，其中，展向拉条和弦向拉条之间相互热合以形成气室阵列并且相邻两气室之间气体连通，翼面上热合连接有用于充气的气嘴，外蒙皮在展向拉条和弦向拉条的约束下保持机翼外形。根据本发明的充气机翼，通过在机翼内部展向和弦向布置预定数量的拉条，这些拉条构成了经纬网络结构，提高了充气机翼的形状稳定性。

Description

基于经纬网络的充气机翼及其制造方法

技术领域

本发明涉及充气机翼领域，具体而言，涉及一种基于经纬网络的充气机翼及其制造方法。

背景技术

在机翼设计领域，传统的常规布局飞机或无人机的机翼均采用刚性结构，而采用充气式结构机翼是一种较为新颖的设计概念。较之于刚性结构机翼，充气机翼采用轻质柔性复合材料制作而成，内部充入气体并保持一定的压力，从而形成机翼的外形。其在存储体积、结构重量、成本、可靠性等方面具有传统结构很难达到的性能。

机翼的翼型是一种外形曲线较为复杂的结构，对于充气机翼而言，不仅其要满足维持足够的内部压强使得充气结构满足刚度要求，还要使其保持良好的气动外形来达到气动性能（即空气动力学性能）的要求。

目前，已有的充气机翼的结构设计方法主要有：多气梁整体式结构以及多气管式结构。

多气梁整体式结构的特点是将一个充气圆筒在各个拉条的牵拉作用下约束成翼型。由于气囊内部相互连通，所以整个机翼承力均匀，对于防止风压变形有着相对较好的作用，同时在抗弯扭方面与刚性结构机翼的原理相似。但是，整体机翼的蒙皮在承受一定弯矩时候容易出现蒙皮失稳问题。

多管式充气机翼的特点是采用不同半径的充气圆筒，利用这些充气圆筒作为承载元件，各个圆筒紧密排布的同时与选取的翼型外蒙皮相切，达到形成翼型与保持机翼刚度的作用。但在承弯扭与抗风压变形方面不如多气梁整体式机翼，形状稳定性有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于经纬网络的充气机翼及其制造方法，以提高充气机翼的形状稳定性。

为此，本发明的一方面提供了一种基于经纬网络的充气机翼，包括沿机翼弦向间隔布置的多个展向拉条、沿机翼展向间隔布置的多个弦向拉条、与展向拉条和弦向拉条的上下侧边缘热合连接的外蒙皮、以及与展向拉条的端部边缘热合连接的端部翼面，其中，展向拉条和弦向拉条之间相互热合以形成气室阵列并且相邻两气室之间气体连通，翼面上热合连接有用于充气的气嘴，外蒙皮在展向拉条和弦向拉条的约束下保持机翼外形。

进一步地，上述展向拉条和弦向拉条均具有热合边。

进一步地，上述气室的壁面上设有气孔以便相邻两气室之间气体连通。

进一步地，上述相邻两个弦向拉条之间的外蒙皮的热合收口位于充气机翼的后缘处。

根据本发明的另一方面，提供了一种根据上面所描述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，包括以下步骤：步骤S10：选择机翼的翼型；步骤S20：根据翼型布置展向拉条；步骤S30：根据机翼的翼展长度布置弦向拉条和翼面；步骤S40：根据弦向拉条和展向拉条的布置裁剪弦向拉条、展向拉条、外蒙皮、以及翼面，并且在需要热合的边缘保留热合边；以及步骤S50：对弦向拉条、展向拉条、外蒙皮、以及翼面之间的热合处进行热合，并且在翼面上热合气嘴，以使充气机翼成型。

进一步地，上述步骤S20中，还根据所布置的多个展向拉条确定充气机翼的横截面形状；步骤S30中，弦向拉条和翼面的整体形状为步骤S10中所选择的机翼的翼型；步骤S20与步骤S30之间还包括：S25：根据横截面形状分析其气动性能，若充气机翼的气动性能不符合设定要求则改进展向拉条的布置，重新确定充气机翼的横截面形状，直到充气机翼的气动性能符合设定要求。

进一步地，上述步骤S20包括选择展向拉条的数量和确定各展向拉条的位置。

进一步地，上述步骤S30包括选择弦向拉条的数量和确定各弦向拉条的位置。

进一步地，上述制造方法还包括步骤S60：对充气机翼进行充气并检查气密性。

进一步地，上述步骤S50中，对弦向拉条、展向拉条、外蒙皮、以及翼面之间的热合处进行热合包括：先将气嘴热合到翼面，再热合弦向拉条和展向拉条，最后热合外蒙皮。

根据本发明的基于经纬网络的充气机翼及其制造方法，通过在机翼内部展向和弦向布置预定数量的拉条，这些拉条构成了经纬网络结构，同时各拉条上设有开孔，保持充气机翼的内部为一个连通的整体，当冲入一定压力的气体后，整个充气机翼在经纬网络结构的约束下形成一定的翼型，从而提高了形状稳定性。

除了上面所描述的目的、特征、和优点之外，本发明具有的其它目的、特征、和优点，将结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的一实施例的立体示意图；

图2是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的一实施例的内部框架示意图；

图3是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的一实施例的展向拉条的结构示意图；

图4是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的一实施例的外蒙皮的热合收口；

图5是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的制造方法获得的机翼的横截面形状的示意图；

图6是根据本发明基于经纬网络的充气机翼的制造方法获得的充气机翼压力云图；以及

图7是现有技术的标准翼型的压力云图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1至图4示出了根据本发明基于经纬网络的充气机翼的一实施例的结构示意图。如图1至图4所示，充气机翼包括沿机翼弦向间隔布置的预定数量的展向拉条30、沿机翼展向间隔布置的预定数量的弦向拉条40、与各展向拉条30和各弦向拉条40的上下边缘热合连接的外蒙皮10、以及与展向拉条30的两端边缘热合连接的翼面20，其中，展向拉条30和弦向拉条40之间相互热合以形成气室阵列50并且气室阵列50中的相邻两气室之间气体连通，翼面20上热合连接有用于充气的气嘴（图中未示出），外蒙皮10在展向拉条30和弦向拉条40的约束下保持机翼外形。

其中，组成气室50的展向拉条30上和弦向拉条40上分别设有气孔30a，以保持各气室相通。另外，各展向拉条30和弦向拉条40具有热合边，该热合边的宽度根据需要设定，优选保留2至5厘米的热合边。

根据本发明的充气机翼，通过在机翼内部展向和弦向布置预定数量的拉条，这些拉条构成了经纬网络结构，同时各拉条上设有开孔，保持充气机翼的内部为一个连通的整体，当冲入一定压力的气体后，整个充气机翼在经纬网络结构的约束下形成一定的翼型。其中，展向拉条30用来约束机翼横截面的形状，弦向拉条40的形状为机翼为刚性机翼时的横截面形状，用来约束机翼展向的机翼形状，从而提高了充气机翼的形状稳定性。

下面以获得图1所示的充气机翼为例对根据本发明的充气机翼的制造方法进行说明。

首先选择标准翼型为NACA0020，这是一款对称翼型且厚度较大，易于制作，本翼型的选取仅为简单示意，具体选择不限于此翼型。其中，机翼尺寸为弦长0.6米，展长1.5米。基于此标准翼型，设计展向拉条的布置，根据展向拉条的布置可得出充气机翼横截面的形状，该充气机翼横截面形状如图5所示，其中，选择了七条展向拉条。

将上述设计好的横截面形状进行建模，对其进行气动性能的数值仿真计算，并与标准翼型的气动性能进行比较。其中，上述设计好的横截面形状的压力云图如图6所示，标准翼型的压力云图如图7所示，经过反复迭代设计，得到综合考虑气动性能和结构质量的设计方案，其框架结构如图2所示，即布置四条展向拉条30即可满足充气机翼横截面形状的要求，优选地，四条展向拉条沿弦向等间隔布置。

根据展长为1.5米，考虑到实际当中简化工艺等问题，弦向拉条40为等间隔布置，数量为两条，将机翼等间隔分为三段，每段0.5米，两端为机翼最外面的翼面20。

对设计好的充气机翼进行加工。先将拉条裁剪好，如图3所示，每片拉条的中心都需要开孔30a，这样既不影响拉条的承力，又可以保持整个充气机翼内部的连通。每条展向拉条按照热合线30b可分隔成多块和/或每条弦向拉条按照热合线可分隔成多块以方便热合加工。

选择气嘴，将气嘴热合到最外端的翼面20，再热合内部的经纬网络拉条，最后热合外蒙皮，外蒙皮在机翼后缘11收口，如图4所示。最终的充气机翼框架效果如图1所示。

最后进行气密性检查，如果没有问题则充气机翼制造完成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于经纬网络的充气机翼，其特征在于，包括沿机翼弦向间隔布置的多个展向拉条、沿机翼展向间隔布置的多个弦向拉条、与所述展向拉条和所述弦向拉条的上下侧边缘热合连接的外蒙皮、以及与所述展向拉条的端部边缘热合连接的端部翼面，其中，所述展向拉条和所述弦向拉条之间相互热合以形成气室阵列并且相邻两所述气室之间气体连通，所述翼面上热合连接有用于充气的气嘴，所述外蒙皮在所述展向拉条和弦向拉条的约束下保持机翼外形。

2.根据权利要求1所述的基于经纬网络的充气机翼，其特征在于，所述展向拉条和所述弦向拉条均具有热合边。

3.根据权利要求1所述的基于经纬网络的充气机翼，其特征在于，所述气室的壁面上设有气孔以便相邻两气室之间气体连通。

4.根据权利要求1所述的基于经纬网络的充气机翼，其特征在于，相邻两个所述弦向拉条之间的所述外蒙皮的热合收口位于所述充气机翼的后缘处。

5.一种根据权利要求1至4中任一项所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：选择机翼的翼型；

步骤S20：根据翼型布置展向拉条；

步骤S30：根据所述机翼的翼展长度布置弦向拉条和翼面；

步骤S40：根据弦向拉条和展向拉条的布置裁剪所述弦向拉条、所述展向拉条、所述外蒙皮、以及所述翼面，并且在需要热合的边缘保留热合边；以及

步骤S50：对所述弦向拉条、所述展向拉条、所述外蒙皮、以及所述翼面之间的热合处进行热合，并且在所述翼面上热合气嘴，以使所述充气机翼成型。

6.根据权利要求5所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，

所述步骤S20中，还根据所布置的多个展向拉条确定所述充气机翼的横截面形状；

所述步骤S30中，所述弦向拉条和翼面的整体形状为步骤S10中所选择的机翼的翼型；

所述步骤S20与所述步骤S30之间还包括：S25：根据所述横截面形状分析其气动性能，若所述充气机翼的气动性能不符合设定要求则改进所述展向拉条的布置，重新确定所述充气机翼的横截面形状，直到所述充气机翼的气动性能符合设定要求。

7.根据权利要求5所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，所述步骤S20包括选择所述展向拉条的数量和确定各所述展向拉条的位置。

8.根据权利要求5所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，所述步骤S30包括选择所述弦向拉条的数量和确定各所述弦向拉条的位置。

9.根据权利要求5所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，还包括步骤S60：对所述充气机翼进行充气并检查气密性。

10.根据权利要求5所述的基于经纬网络的充气机翼的制造方法，其特征在于，所述步骤S50中，对所述弦向拉条、所述展向拉条、所述外蒙皮、以及所述翼面之间的热合处进行热合包括：先将所述气嘴热合到翼面，再热合所述弦向拉条和所述展向拉条，最后热合所述外蒙皮。

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