CN106081085A - 一种复合材料多旋翼飞行器机体及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼飞行器机体，由设备舱、悬臂、起落架、旋翼、防撞圈和吊挂构成。设备舱位于内，防撞圈位于外侧，设备舱和防撞圈由悬臂连接，且悬臂上设置有电机安装平台，用于安放电机和旋翼。起落架与设备舱下部连接，并在中间桁架结构上布置有吊挂，可用于安放机载设备或用于医疗救援。与金属机体相比，结构简单，在满足使用条件的情况下，复合材料机体具有明显的减重优势，由于重量减轻可降低能源消耗。

Description

一种复合材料多旋翼飞行器机体及制备方法

技术领域

本发明涉及飞行器机体技术领域，具体的说，是一种复合材料多旋翼飞行器机体及制备方法。

背景技术

目前多旋翼飞行器形式多样，而常规商业级多旋翼飞行器由于飞行时间和飞行载重限制，应用范围受到限制，多为飞行表演，飞行摄影等用途。且在飞行过程中，空间环境较为复杂，桨叶容易受到固体垃圾、飞禽等不明物的撞击而发生破坏，一旦桨叶出现破坏，将直接影响整个多旋翼飞行器的飞行效果，不利于其工作的正常运行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合材料多旋翼飞行器机体及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种复合材料多旋翼飞行器机体，包含设备舱，悬臂，起落架，旋翼，防撞圈和吊挂；其中，设备舱居内，防撞圈位于外侧，设备舱和防撞圈通过悬臂连接，悬臂的外侧分布八组防撞圈，且悬臂上设置有电机安装平台，电机安装平台设有电机和旋翼；起落架固定在设备舱的底部，吊挂连接在起落架与设备舱上。

所述的设备舱为上下分体式结构，分为设备舱和设备舱盖两个部分，设备舱和设备舱盖的一侧通过合页连接，另一侧通过搭扣固定。设备舱采用碳纤维预浸料制造，重量轻，强度大，结构稳固；设备舱盖采用亚克力塑料或玻璃纤维预浸料制造。设备舱和设备舱盖的连接方式可以实现设备舱盖的快速锁紧和松懈，便于设备安放和维护；设备舱内布置有设备安装平台，可放置蓄电池，电调，陀螺仪，信号接受传输机等设备。

所述的起落架为桁架结构，采用碳纤维预浸布制造的中空管，设备舱内预设有托板螺母，起落架可直接通过螺钉与设备舱连接固定。螺钉拆下，起落架可与设备舱分离。起落架桁架结构最大优化起落架强度性能，采用碳纤维中空管技术可将起落架重量大幅降低，在满足使用要求和强度要求的前提下，该结构形式起落架比普通铝合金结构轻30％以上，比普通钢架结构轻50％以上；

所述的吊挂分为软式和硬式两种，软式用于医疗救援，硬式用于设备运输，吊挂配设有绑带，用于救援固定和设备固定。软式吊挂采用双层棉布，硬式吊挂采用碳纤维蜂窝夹层结构，可有效减轻重量，提升吊挂自身抗压强度和刚度。吊挂通过吊挂卡扣固定在起落架，卡扣可快速拆卸，能够实现软式支架和硬式支架的快速切换。

所述的防撞圈采用玻纤蜂窝夹层结构。由于悬臂可折叠，防撞圈由十六片防撞单元构成，防撞圈由防撞圈支臂固定在悬臂上，防撞圈支臂为碳纤维预浸料制作。防撞圈支臂通过螺栓锁紧连接固定，可方便拆卸。防撞圈高度大于上下两排旋翼的桨叶挥舞总高度。玻纤蜂窝夹层结构质量轻，强度大。同时蜂窝夹层增加了结构厚度，保证防撞圈在使用过程中，保持良好的抗弯和抗扭特性，增加了飞行器的稳定性。

所述的悬臂采用碳纤预浸料制作，悬臂一侧端头有电机支座，电机支座与悬臂一体成型；悬臂另一侧端头安装有悬臂连接折叠机构，与设备舱连接。悬臂连接折叠机构采用拉簧设计，可以快速固定、折叠悬臂。悬臂和防撞圈支臂通过螺钉连接。为了降低结构重量，增加飞行器有效载荷，减少飞行器电能损耗，悬臂全部采用碳纤维预浸料制成，同时碳纤材料本身比强度大和比刚度高的特性，使得悬臂在只用过程中变形小，强度大，满足各项技术要求和指标。

一种复合材料多旋翼飞行器机体的制备方法，其具体步骤为：

(1)制备设备舱：设备舱采用碳纤维预浸布制备而成，采用吹气袋工艺。在刷涂脱模剂的模具上，根据铺层要求，铺设出产品雏形。模具采用上下合模模具，铺层完毕后，将吹气袋安放在模具中，闭合模具。将模具放入烘箱，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时；固化后上下模分离，将产品取出，并修理飞边毛刺；

(2)制备顶盖；顶盖采用玻璃纤维预浸料制备而成，采用真空袋工艺；在模具型腔表面及分型面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，用玻璃纤维预浸布铺放后，再依次铺放隔离膜和吸胶棉，然后将模具放入真空袋中进行抽真空，最后放入烘箱中进行固化，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时，固化结束后，将座舱舱体毛坯从模具中脱出；抹脱模剂为美国AXEL公司的XTEND 19RSS；

(3)制备悬臂：悬臂制备工艺同设备舱制备方法相同，采用吹气袋法；

(4)制备起落架：起落架管采用卷管工艺，材料采用碳纤维预浸布；

(5)制备支架吊挂：支架吊挂分为软式和硬式两种，软式采用高强铝合金接头和高强高韧编织布，硬式采用高强铝合金接头和碳纤维层压板。

(6)防撞圈：防撞圈采用碳纤维预浸布铺设而成，工艺同顶盖，采用真空袋工艺。

本发明的工作原理如下：

电机带动桨叶旋转，可提供升力。起飞时，载荷可由桨叶通过电机座、悬臂、中央支臂、起落架、接头传至每部分。降落时，载荷可由浮筒、连接接头、起落架、中央支臂传至每部分。防撞圈通过防撞圈支臂连接在电机座上，圆周方向在每个旋翼的旋转范围之外，高度方向在上下两个旋翼之外，具有很好的抗冲击性，能有效防止障碍物等直接打在旋翼上，使桨叶损坏，为飞行造成危害。

本发明的有益效果如下：

全复合材料机身，机身结构强度高，刚度大，重量轻，从而提升了电池有效的有效利用率。在本申请中，设备舱，悬臂，起落架等均采用碳纤维预浸料，防撞圈和设备舱盖采用玻璃纤维预浸料，并在吊挂和防撞圈上铺设蜂窝，增加结构刚度，降低结构重量。整机重量减轻至常规工业级多旋翼飞行器的1/5-1/3，实用性、续航性和稳定性大大提高。

普遍采用快速、可拆卸结构，便于多旋翼飞行器的收纳，运输和快速组装。本申请设备舱和起落架通过螺钉连接，设备舱和悬臂通过折叠机构连接，悬臂和防撞圈支臂通过螺钉连接。上述连接均是可拆卸连接，可实现多旋翼飞行器快速组装和拆卸。

可实现医疗救援和货运，应用范围更强。本申请中，机身机构包括支架吊挂分为软式和硬式两种，软式用于医疗救援，硬式用于设备运输，吊挂配备有绑带，用于救援固定和设备固定。吊挂通过卡扣固定在起落架，卡扣可快速拆卸，能够实现软式支架和硬式支架的快速切换。灵活机动的结构使本申请有更广泛应用。

本申请悬臂为可折叠悬臂，采用拉簧结构连接，悬臂可轻松折叠，整机收纳方便。在本申请不使用时，可将悬臂折叠，整机所需收纳空间小，运输便利；在本申请使用时，可通过拉簧结构连接固定，整机组装快速，连接可靠。确保本申请在医疗救援和货物运输中，快速高效。

本申请配备有防撞圈，避免障碍物影响飞行同时增大机身抗坠毁能力，提高了飞行安全性。本申请中，电机座外围设置有防撞圈，防撞圈高度大于上下两排旋翼的桨叶挥舞总高度，防撞圈具有很好的抗冲击性，能有效防止障碍物等直接打在旋翼上，使桨叶损坏，为飞行造成危害，可实现在起降和飞行过程中对桨叶的保护作用，降低维修成本的同时，也确保了无人机能长时间无障碍的飞行。

本申请是有复合材料制成的机体，美观，质量轻，强度高，可大幅降低能源消耗，提高飞行器续航能力同时配备有多功能吊架，实现了多旋翼飞行器载人和载货功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图中标号：1.设备舱，2.顶盖，3 悬臂，4.起落架，5.吊挂，6.防撞圈。

具体实施方式

以下提供本发明一种复合材料多旋翼飞行器机体及制备方法的具体实施方式。

实施例1

一种复合材料多旋翼飞行器机体，包含设备舱，悬臂，起落架，旋翼，防撞圈和吊挂；其中，设备舱居内，防撞圈位于外侧，设备舱和防撞圈通过悬臂连接，悬臂的外侧分布八组防撞圈，且悬臂上设置有电机安装平台，电机安装平台设有电机和旋翼；起落架固定在设备舱的底部，吊挂连接在起落架与设备舱上。

所述的设备舱为上下分体式结构，分为设备舱和设备舱盖两个部分，设备舱和设备舱盖的一侧通过合页连接，另一侧通过搭扣固定。设备舱采用碳纤维预浸料制造，重量轻，强度大，结构稳固；设备舱盖采用亚克力塑料或玻璃纤维预浸料制造。设备舱和设备舱盖的连接方式可以实现设备舱盖的快速锁紧和松懈，便于设备安放和维护；设备舱内布置有设备安装平台，可放置蓄电池，电调，陀螺仪，信号接受传输机等设备。

所述的起落架为桁架结构，采用碳纤维预浸布制造的中空管，设备舱内预设有托板螺母，起落架可直接通过螺钉与设备舱连接固定。螺钉拆下，起落架可与设备舱分离。起落架桁架结构最大优化起落架强度性能，采用碳纤维中空管技术可将起落架重量大幅降低，在满足使用要求和强度要求的前提下，该结构形式起落架比普通铝合金结构轻30％以上，比普通钢架结构轻50％以上；

所述的吊挂分为软式和硬式两种，软式用于医疗救援，硬式用于设备运输，吊挂配设有绑带，用于救援固定和设备固定。软式吊挂采用双层棉布，硬式吊挂采用碳纤维蜂窝夹层结构，可有效减轻重量，提升吊挂自身抗压强度和刚度。吊挂通过吊挂卡扣固定在起落架，卡扣可快速拆卸，能够实现软式支架和硬式支架的快速切换。

所述的防撞圈采用玻纤蜂窝夹层结构。由于悬臂可折叠，防撞圈由十六片防撞单元构成，防撞圈由防撞圈支臂固定在悬臂上，防撞圈支臂为碳纤维预浸料制作。防撞圈支臂通过螺栓锁紧连接固定，可方便拆卸。防撞圈高度大于上下两排旋翼的桨叶挥舞总高度。玻纤蜂窝夹层结构质量轻，强度大。同时蜂窝夹层增加了结构厚度，保证防撞圈在使用过程中，保持良好的抗弯和抗扭特性，增加了飞行器的稳定性。

所述的悬臂采用碳纤预浸料制作，悬臂一侧端头有电机支座，电机支座与悬臂一体成型；悬臂另一侧端头安装有悬臂连接折叠机构，与设备舱连接。悬臂连接折叠机构采用拉簧设计，可以快速固定、折叠悬臂。悬臂和防撞圈支臂通过螺钉连接。为了降低结构重量，增加飞行器有效载荷，减少飞行器电能损耗，悬臂全部采用碳纤维预浸料制成，同时碳纤材料本身比强度大和比刚度高的特性，使得悬臂在只用过程中变形小，强度大，满足各项技术要求和指标。

一种复合材料多旋翼飞行器机体的制备方法，其具体步骤为：

(1)制备设备舱1：设备舱采用碳纤维预浸布制备而成，采用吹气袋工艺。在刷涂脱模剂的模具上，根据铺层要求，铺设出产品雏形。模具采用上下合模模具，铺层完毕后，将吹气袋安放在模具中，闭合模具。将模具放入烘箱，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时；固化后上下模分离，将产品取出，并修理飞边毛刺；

(2)制备顶盖2；顶盖2采用玻璃纤维预浸料制备而成，采用真空袋工艺；在模具型腔表面及分型面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，用玻璃纤维预浸布铺放后，再依次铺放隔离膜和吸胶棉，然后将模具放入真空袋中进行抽真空，最后放入烘箱中进行固化，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时，固化结束后，将座舱舱体毛坯从模具中脱出；抹脱模剂为美国AXEL公司的XTEND 19RSS；

(3)制备悬臂3：悬臂制备工艺同设备舱1制备方法相同，采用吹气袋法；

(4)制备起落架4：起落架4管采用卷管工艺，材料采用碳纤维预浸布；

(5)制备支架吊挂5：支架吊挂5分为软式和硬式两种，软式采用高强铝合金接头和高强高韧编织布，硬式采用高强铝合金接头和碳纤维层压板。

(6)防撞圈6：防撞圈6采用碳纤维预浸布铺设而成，工艺同顶盖2，采用真空袋工艺。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，包含设备舱，悬臂，起落架，旋翼，防撞圈和吊挂；其中，设备舱居内，防撞圈位于外侧，设备舱和防撞圈通过悬臂连接，悬臂的外侧分布八组防撞圈，且悬臂上设置有电机安装平台，电机安装平台设有电机和旋翼；起落架固定在设备舱的底部，吊挂连接在起落架与设备舱上。

2.如权利要求1所述的一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，所述的设备舱为上下分体式结构，分为设备舱和设备舱盖两个部分，设备舱和设备舱盖的一侧通过合页连接，另一侧通过搭扣固定；设备舱采用碳纤维预浸料制造；设备舱盖采用亚克力塑料或玻璃纤维预浸料制造；设备舱和设备舱盖的连接方式可以实现设备舱盖的快速锁紧和松懈，便于设备安放和维护；设备舱内布置有设备安装平台，放置蓄电池，电调，陀螺仪，信号接受传输机设备。

3.如权利要求1所述的一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，

所述的起落架为桁架结构，采用碳纤维预浸布制造的中空管，设备舱内预设有托板螺母，起落架可直接通过螺钉与设备舱连接固定。

4.如权利要求1所述的一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，所述的吊挂分为软式和硬式两种，软式用于医疗救援，硬式用于设备运输，吊挂配设有绑带，用于救援固定和设备固定；软式吊挂采用双层棉布，硬式吊挂采用碳纤维蜂窝夹层结构；吊挂通过吊挂卡扣固定在起落架，卡扣可快速拆卸，能够实现软式支架和硬式支架的快速切换。

5.如权利要求1所述的一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，所述的防撞圈采用玻纤蜂窝夹层结构；由于悬臂可折叠，防撞圈由十六片防撞单元构成，防撞圈由防撞圈支臂固定在悬臂上，防撞圈支臂为碳纤维预浸料制作；防撞圈支臂通过螺栓锁紧连接固定；防撞圈高度大于上下两排旋翼的桨叶挥舞总高度。

6.如权利要求1所述的一种复合材料多旋翼飞行器机体，其特征在于，所述的悬臂采用碳纤预浸料制作，悬臂一侧端头有电机支座，电机支座与悬臂一体成型；悬臂另一侧端头安装有悬臂连接折叠机构，与设备舱连接；悬臂连接折叠机构采用拉簧设计；悬臂和防撞圈支臂通过螺钉连接。

7.一种复合材料多旋翼飞行器机体的制备方法，其具体步骤为：

(1)制备设备舱：设备舱采用碳纤维预浸布制备而成，采用吹气袋工艺。在刷涂脱模剂的模具上，根据铺层要求，铺设出产品雏形；模具采用上下合模模具，铺层完毕后，将吹气袋安放在模具中，闭合模具；将模具放入烘箱，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时；固化后上下模分离，将产品取出，并修理飞边毛刺；

(2)制备顶盖；顶盖采用玻璃纤维预浸料制备而成，采用真空袋工艺；在模具型腔表面及分型面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作，用玻璃纤维预浸布铺放后，再依次铺放隔离膜和吸胶棉，然后将模具放入真空袋中进行抽真空，最后放入烘箱中进行固化，设定固化曲线，加温120℃，保温6小时，固化结束后，将座舱舱体毛坯从模具中脱出；抹脱模剂为美国AXEL公司的XTEND 19RSS；

(3)制备悬臂：悬臂制备工艺同设备舱制备方法相同，采用吹气袋法；

(4)制备起落架：起落架管采用卷管工艺，材料采用碳纤维预浸布；

(5)制备支架吊挂：支架吊挂分为软式和硬式两种，软式采用高强铝合金接头和高强高韧编织布，硬式采用高强铝合金接头和碳纤维层压板。

(6)防撞圈：防撞圈采用碳纤维预浸布铺设而成，工艺同顶盖，采用真空袋工艺。