CN105398563A - 一种膜结构机翼 - Google Patents

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柳兆伟
闫秋飞
杨希祥
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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Abstract

本发明涉及飞行器领域，提供了一种膜结构机翼，包括：多个前缘壳体、主梁、多个机翼肋板、后缘结构和聚酯膜蒙皮；多个机翼肋板平行放置形成肋板阵列，在机翼肋板的最大厚度处开设有主梁孔；主梁穿过肋板阵列的主梁孔，其形状为管状夹层结构，中间夹层为蜂窝状；相邻两个机翼肋板的前缘之间固定有前缘壳体，前缘壳体的截面形状为“D”型，其弧形轮廓与机翼肋板的前缘轮廓保持一致；前缘壳体的材料为泡沫；后缘结构为夹心梁结构，其上下面形状与翼型后缘轮廓保持一致；后缘结构的侧面与多个机翼肋板的后缘固定；多个前缘壳体、主梁、多个机翼肋板以及后缘结构形成骨架；聚酯膜蒙皮包裹在骨架结构的表面。本发明可以减小机翼结构重量面密度、增强机翼结构的刚度。

Description

一种膜结构机翼
技术领域
本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种膜结构机翼。
背景技术
临近空间长航时飞行技术近年来备受关注，该类型的飞行器因其独特的飞行高度，特别适合于地面持久监测、通信中继等任务。飞行器其中一个核心技术难点在于大型轻质机翼结构的构建，从而形成超大展弦比、超轻质、具有足够强度和刚度的飞行器结构。
现有的机翼结构虽然大量采用复合材料，但骨架多采用实体的管梁等结构，较少采用壳、夹层等结构，而且一般采用硬式蒙皮，机翼结构重量面密度较大，带来大的能量消耗，无法满足高空长航时飞行的需求。另一方面，若按照传统的结构方式获得低面密度机翼结构时，其强度刚度又明显不足。因而有必要发展一种新的机翼构型，使其具有低面密度特性，同时又满足较高的强度和刚度要求。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种机翼结构，以减小机翼结构重量面密度、增强机翼结构刚度。
为了解决上述问题，本发明提供一种膜结构机翼，其采用的技术方案如下：
所述膜结构机翼包括：多个前缘壳体、主梁、多个机翼肋板、后缘结构以及聚酯膜蒙皮；
多个机翼肋板平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板的最大厚度处开设有主梁孔；
所述主梁穿过肋板阵列的主梁孔，其形状为管状夹层结构，中间夹层为蜂窝状；
相邻两个机翼肋板的前缘之间固定有前缘壳体，所述前缘壳体的截面形状为“D”型，其弧形轮廓与机翼肋板的前缘轮廓保持一致；所述前缘壳体的材料为泡沫；
所述后缘结构为夹心梁结构，其截面轮廓的上下面与翼型后缘轮廓保持一致，侧面为平面；所述后缘结构的侧面与多个机翼肋板的后缘固定；
所述多个前缘壳体、主梁、多个机翼肋板以及后缘结构形成骨架；所述聚酯膜蒙皮包裹在骨架结构的表面。
优选的，所述多个机翼肋板等间距平行放置；
或者，多个机翼肋板放置间距与其对应的载荷分布相适应。
优选的，所述机翼肋板的侧面开设有多个减重孔。
优选的，所述机翼肋板为夹层结构，其中间层为泡沫、两侧面覆盖有纤维铺层。
优选的，所述主梁的内、外层为纤维铺层。
优选的，所述后缘结构的内部为泡沫材料，外部包裹有纤维铺层。
本发明的有益效果是：
本发明通过大量采用复合材料，以及采用壳、夹层、蜂窝等构型，结合骨架与柔性蒙皮结构，有效降低了结构质量面密度，提高了结构刚度及强度；本发明提供的机翼结构其组成简单、质量轻、力学性能合理，适用于高空长航时低速无人机的构建。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种膜结构机翼的整体示意图；
图2为本发明一实施例的机翼肋板示意图
图3为本发明一实施例的机翼肋板阵列示意图；
图4为本发明一实施例的骨架结构示意图；
图5为本发明一实施例的主梁截面示意图
图6为本发明一实施例的后缘结构截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种膜结构机翼，所述机翼包括：多个前缘壳体1，主梁2，多个机翼肋板3，后缘结构4以及聚酯膜蒙皮5；
结合图2和图3，多个机翼肋板3平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板3的最大厚度处开设有主梁孔31；
结合图1和图5，所述主梁2穿过肋板阵列的主梁孔31并粘接，其形状为管状夹层结构，中间夹层21为蜂窝状，内、外层22为纤维铺层，可以为碳纤维铺层或者玻璃纤维铺层，主梁2中间夹层采用蜂窝状的结构，增强了主梁2的抗弯刚度，所述中间夹层通常为有机复合材料，本发明不作限制。
相邻两个机翼肋板3的前缘之间固定有前缘壳体1，所述前缘壳体1的截面形状为“D”型，其弧形轮廓与机翼肋板3的前缘轮廓保持一致；所述前缘壳体1的端面与相邻机翼肋板3的侧面粘接；所述前缘壳体1的材料为泡沫，有效的降低了重量，并保证了前缘形状，保证了气动效果。
如图6所示，所述后缘结构4为夹心梁结构，其截面轮廓的上下面与翼型后缘轮廓保持一致，侧面为平面；所述后缘结构4的侧面与多个机翼肋板3的后缘粘接固定；
优选的，所述后缘结构4的内部41为轻质材料，如：泡沫，轻木等；优选为泡沫材料，其密度小，强度高；所述后缘结构4的外部42包裹有纤维铺层，所述纤维铺层可以为碳纤维铺层或者玻璃纤维铺层。
所述多个前缘壳体1、主梁2、多个机翼肋板3以及后缘结构4形成骨架；所述聚酯膜蒙皮5包裹在骨架结构的表面，与后缘结构4的两个表面、机翼肋板3的弧形侧面、前缘壳体1的弧形面贴合并粘接，形成张紧的膜结构。
优选的，所述多个机翼肋板3等间距平行放置；或者，多个机翼肋板3放置间距与其对应的载荷分布相适应，如：在挂有载荷舱的部位，减小机翼肋板3的放置间距，增强结构强度。
为了进一步减轻机翼结构的重量，所述机翼肋板3的侧面开设有多个减重孔32，如图2所示。
优选的，所述机翼肋板3为夹层结构，其中间层为泡沫、两侧面覆盖有纤维铺层，所述纤维铺层可以为碳纤维铺层或者玻璃纤维铺层。
本发明通过大量采用复合材料，以及采用壳、夹层、蜂窝等构型，结合骨架与柔性蒙皮结构，有效降低了结构质量面密度，提高了结构刚度及强度；本发明提供的机翼结构其组成简单、质量轻、力学性能合理，适用于高空长航时低速无人机的构建。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种膜结构机翼，其特征在于，所述机翼包括：多个前缘壳体(1)、主梁(2)、多个机翼肋板(3)、后缘结构(4)以及聚酯膜蒙皮(5)；
多个机翼肋板(3)平行放置形成肋板阵列，在所述机翼肋板(3)的最大厚度处开设有主梁孔(31)；
所述主梁(2)穿过肋板阵列的主梁孔(31)，其形状为管状夹层结构，中间夹层(21)为蜂窝状；
相邻两个机翼肋板(3)的前缘之间固定有前缘壳体(1)，所述前缘壳体(1)的截面形状为“D”型，其弧形轮廓与机翼肋板(3)的前缘轮廓保持一致；所述前缘壳体(1)的材料为泡沫；
所述后缘结构(4)为夹心梁结构，其截面轮廓的上下面与翼型后缘轮廓保持一致，侧面为平面；所述后缘结构(4)的侧面与机翼肋板(3)的后缘固定；
所述多个前缘壳体(1)、主梁(2)、多个机翼肋板(3)以及后缘结构(4)形成骨架；所述聚酯膜蒙皮(5)包裹在骨架结构的表面。
2.如权利要求1所述的膜结构机翼，其特征在于，所述多个机翼肋板(3)等间距平行放置；
或者，多个机翼肋板(3)放置间距与其对应的载荷分布相适应。
3.如权利要求2所述的膜结构机翼，其特征在于，所述机翼肋板(3)的侧面开设有多个减重孔(32)。
4.如权利要求1-3任一项所述的膜结构机翼，其特征在于，所述机翼肋板(3)为夹层结构，其中间层为泡沫、两侧面覆盖有纤维铺层。
5.如权利要求1所述的膜结构机翼，其特征在于，所述主梁(2)的内、外层(22)为纤维铺层。
6.如权利要求1所述的的膜结构机翼，其特征在于，所述后缘结构(4)的内部(41)为泡沫材料，外部(42)包裹有纤维铺层。
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