CN106507751B - 小型无人机机身 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种小型无人机机身，包括，以框梁为骨架，其上贴合蒙皮组成的机身盒形壳体，组成机身骨架的框、梁是由玻璃纤维层合板组成。所述框是腹板前后制有缘条、剖面为工字形的框；所述梁是带有缘条，中部有加强筋条，剖面为丁字形的纵向构件；贴合于框、梁骨架上的机身蒙皮是非金属蜂窝芯/玻璃纤维面板共固化的夹层板。本发明通过采用具有较低成本的常温固化玻璃纤维复合材料和主要表面部件采用轻质非金属蜂窝芯和玻璃纤维面板共固化夹层，其降低的重量，比采用铝合金材料减重30％以上，成本可降低60％以上。不仅大大减轻了飞机重量和成本，而且具有较高的比刚度和强度。

Description

小型无人机机身

技术领域

本发明涉及一种低成本、轻量化小型无人机机身。

技术背景

无人机机身是将机翼、起落架、发动机等各部件连为一体，并装载燃油和各种设备的重要部件。无人机机身不仅承受翼面产生的弯矩、剪力、扭矩和发动机产生的推力，还承受各种装载物的惯性力和发射装置、起落架、回收伞等产生的冲击载荷，是飞机受力情况最为复杂的部件。而且不仅要满足强度、刚度、韧性等力学性能的要求，还要满足重量、使用寿命、工艺性、可维护性、低成本等各方面的要求。国内、外现有的小型无人机机身一般采用复合材料加木质的混合结构或全金属结构。混合结构虽能局部满足重量、低成本等方面的要求，但其力学性能较差，使用寿命较低。全金属结构虽然在力学性能方面较易满足要求，但也存在剩余强度过大，重量增加、成本较高的缺点。本发明的玻璃纤维复合材料机身结构是一种能较好满足上述各方面要求(尤其是重量与成本方面)的新型结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重量轻、成本低，强度高，刚度、韧性好，具有较好工艺性和可维护性的小型无人机机身。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小型无人机机身，包括，以框、梁为骨架，骨架上贴合蒙皮组成的机身盒形壳体，其特征在于：组成机身骨架的框、梁是玻璃纤维层合板材料；所述框是腹板前后制有缘条，剖面为工字形的框；所述梁是带有缘条，中部有加强筋条，剖面为丁字形的纵向构件；贴合于框、梁骨架上的机身蒙皮是非金属蜂窝芯和玻璃纤维面板共固化的夹层板。

本发明具有如下有益效果。

本发明通过采用具有较低成本的常温固化玻璃纤维复合材料和主要表面部件采用轻质非金属蜂窝芯和玻璃纤维面板共固化夹层，其降低的重量，比采用铝合金材料减重30％以上，成本可降低60％以上。不仅大大减轻了飞机重量和成本，而且具有较高的比刚度和强度。工字形剖面框不仅为本身提供了较好的强度、刚度特性，而且保证了各框与蒙皮、纵梁之间有足够的贴合面积，保证了胶接强度。由框、梁组成机身主要的承力骨架，与蒙皮装配后构成硬壳盒形结构，具有较高的强度、刚度等力学性能和较轻的重量。机翼与机身连接处对机身构成支撑，机身前、后部分所有结构和系统的惯性力所形成的弯矩由处于机身上、下位置的纵梁承受，蒙皮和框对纵梁提供支持，能够防止其受压失稳；主要承受剪力的蒙皮采用的夹层结构具有较高的刚度，能够防止蒙皮的局部失稳。

附图说明：

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图给出。

图1是本发明机身结构的示意图(去除了左侧蒙皮)。

图2是蒙皮的典型横剖面以及蒙皮与纵梁的连接示意图。

图3是蒙皮的典型纵剖面以及与框的连接示意图。

图4是夹层结构(蒙皮、口盖、机尾罩)的典型铺层示意图。

图5是左、右蒙皮对合处的连接示意图。

图6是框的剖面示意图。

图7是框的铺层示意图。

图8是纵梁的横截面示意图。

图9是纵梁的铺层示意图。

图10是伞舱的示意图。

图中：1.机头罩，2.右件蒙皮，3.口盖，4.上纵梁，5.口盖，6.口盖，7.口盖，8.第一框，9.第二框，10.下纵梁，11.第三框，12.第四框，13.伞舱，14.第五框，15.机尾罩下部，16.机尾罩上部，17.芳纶纸蜂窝芯，18.夹层结构中的玻璃纤维面板铺层，19.搭接片，20.左件蒙皮。

具体实施方式

图1描述了整个小型无人机机身的主要结构。整个机身结构可以包括五个框、四个纵梁、一个机头罩1、一个伞舱13、若干口盖，以及分为左、右两件的蒙皮2、20和分为上、下两件的机尾罩15、16。根据飞机外形，五个框为四角倒圆的方形，四个纵梁在每个框的四角处与框连接。左、右两件蒙皮在机身对称面处对合，并采用搭接片19搭接。机头罩1扣在对合后的蒙皮前端。机尾罩安装在最后一个框的框缘条上。伞舱13安装在最后两个框之间，前、后与两个框的框缘条连接，两侧与纵梁的边缘连接。整个机身上表面为若干口盖，各口盖与框缘条和纵梁边缘连接。

机身的主要承力骨架由第一框8、第二框9、第三框11、第四框12、第五框14和上纵梁4、下纵梁10构成。与右件蒙皮2、左件蒙皮20组成盒形硬壳式结构。上、下纵梁是主要承受机身弯矩的构件，蒙皮是主要承受剪力、扭矩的构件。机翼、发动机、起落架、回收伞产生的各集中力首先作用在上述部件各自所在的框上，由框通过框与纵梁、框与蒙皮之间的胶接贴合面向纵梁和蒙皮传递。各框除支撑机身外形外，还要安装传递集中载荷的各部件和设备。机翼、发动机、起落架、伞带挂点等集中载荷源和其它机载设备都是安装在框上的，由这些部件所产生的集中力首先传递到本部件所在的框上，然后通过框向纵梁和蒙皮传递。

其中前起落架安装在第一框8上，主起落架安装在第四框12上，机翼安装在第三框11和第四框12上，发动机安装在第五框14上，回收伞挂点在第二框9和第五框14上。框为玻璃纤维层合板结构，各框剖面为如图6所示的工字形。框腹板的前后制有有缘条。各框的铺层如图7所示，腹板的铺层在框缘条条处分别向外翻起，与外围的缘条铺层共同叠合形成框的缘条。

纵梁为玻璃纤维层合板结构。纵梁的剖面为丁字形，其上的缘条与蒙皮、口盖连接，中间有防止纵梁受压时失稳的竖直加强筋条。纵梁的剖面为如图8所示的丁字形。纵梁的铺层如图9所示，缘条内侧的一部分铺层向中间折起，并叠合在一起形成梁的竖直加强筋条。

非金属材质的右件蒙皮2是芳纶纸蜂窝芯和玻璃纤维面板的共固化夹层结构。夹层结构采用共固化技术制造，蜂窝芯与面板之间不使用额外的胶膜，而是固化时直接利用玻璃纤维面板中的胶液进行胶接。在蒙皮边缘以及蒙皮与其它部件连接处没有蜂窝芯，为实心玻璃纤维层合板结构。右件蒙皮2、左件蒙皮20是芳纶纸蜂窝芯17/玻璃纤维面板18的夹层结构。为满足传递集中载荷的需要，在蒙皮与各框和纵梁连接处没有蜂窝芯，为如图2、图3、图4所示玻璃纤维实心层合板结构。左、右蒙皮在机身对称面上对合，通过搭接片19胶接，此处为如图5所示的实心层合板结构。

各口盖和机头罩1、机尾罩用于维持机身外形，并对机身内的各种设备起到保护作用。在地面上打开各口盖后可对机身内的设备进行拆装、维护。

为减轻重量，各口盖3、5、6、7与蒙皮一样，为夹层结构。口盖边缘为连接部位，同时为保证蜂窝芯的密封，口盖边缘为实心层合板结构。口盖和机尾罩也是芳纶纸蜂窝芯和玻璃纤维面板的共固化夹层结构。在边缘以及与其它部件连接处没有蜂窝芯，为如图4所示的实心玻璃纤维层合板结构。

机头罩1和伞舱13为玻璃纤维层合板整体薄壳结构。最前端的机头罩1用于构成机身外形和安装空速管。由于此处外形曲率较大，不适合采用蜂窝夹层结构，因此机头罩采用了玻璃纤维层合板结构。

用于容纳回收伞系统的伞包的伞舱13为玻璃纤维层合板整体薄壳结构，形如一个如图10所示的“浴缸”。“浴缸”的四边有弯边，两侧弯边搭在纵梁的缘条上，后部弯边搭在第五框14的框缘条上，前部弯边搭在第四框12的框缘条上，各弯边用螺栓、托板螺母与纵梁缘条和框缘条连接。三舱前部的小盒形件用于安装回收伞系统的切割器。

机尾罩用于形成机身外形和对发动机组件的遮蔽，分为机尾罩上部16和机尾罩下部15两件，均为蜂窝夹层结构，在对缝处搭接连接。机尾罩前端安装在第五框14的框缘条上。

Claims (6)

1.一种小型无人机机身，包括，以框、梁为骨架，骨架上贴合蒙皮组成的机身盒形壳体，其特征在于：组成机身骨架的框、梁是玻璃纤维层合板材料；所述框是腹板前后制有缘条，剖面为工字形的框；所述梁是带有缘条，中部有加强筋条，剖面为丁字形的纵向构件；贴合于框、梁骨架上的机身蒙皮是非金属蜂窝芯和玻璃纤维面板共固化的夹层板。

2.根据权利要求1所述的小型无人机机身，其特征在于：所述的非金属蜂窝芯是芳纶纸蜂窝夹芯。

3.根据权利要求1所述的小型无人机机身，其特征在于：蒙皮、框、梁、机头罩不可拆卸固定部件之间是以胶接为主、机械连接为辅的连接。

4.根据权利要求1所述的小型无人机机身，其特征在于：左、右两件蒙皮在机身对称面处对合，由搭接片搭接，以胶接方式连接。

5.根据权利要求1的小型无人机机身，其特征在于：蜂窝夹层边缘闭合连接处为实心层合板的结构形式。

6.根据权利要求2所述的小型无人机机身，其特征在于：伞舱是四边带有弯边的形如“浴缸”的玻璃纤维层合板整体薄壳结构。