CN106741823A - 由复合材料制备的无人机机体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了由复合材料制备的无人机机体及其制备方法，所述无人机机体包括机身及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼及尾翼，所述主机翼两侧连接一第一或第二侧翼；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机身材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼及第一、第二侧翼的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。所述无人机机身及机翼所用的复合材料轻，且提高了所述机身及机翼材料的拉伸强度和抗撕裂力，能保证无人机的结构强度。

Description

由复合材料制备的无人机机体及其制备方法
技术领域
本发明属于无人机技术领域，尤其涉及由复合材料制备的无人机机体及其制备方法。
背景技术
目前，随着信息化的发展，无人机在抗震救灾、小范围战场侦察、打击效果评估等领域得到广泛的应用。重量轻、小型化、长航时及高安全性等是无人机区别于有人机的显著特点及技术发展方向。
现有无人机制作材料多为聚苯乙烯泡沫或者轻木蒙皮加玻璃钢，若采用聚苯乙烯泡沫，在机身的曲面成型过程中，需要对聚苯乙烯泡沫进行切割，而复杂的曲面对切割工艺的要求较高、且耗时长，增加了无人机机身的制备成本，同时，泡沫容易被胶水腐蚀，成型后容易吸水受潮导致外形变形，降低了无人机结构的强度；若采用轻木蒙皮加玻璃钢制作，该材料较为厚重，导致成型后机体重量过大，严重降低了无人机的载荷能力，且低温环境下零部件比较脆弱，在受用过程中易损坏。
发明内容
针对背景技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供由复合材料制备的无人机机体及其制备方法，所述无人机机身及机翼所用的复合材料轻，且提高了所述机身及机翼材料的拉伸强度和抗撕裂力，能保证无人机的结构强度。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：由复合材料制备的无人机机体，所述无人机机体包括机身及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼及尾翼，所述主机翼两侧连接一第一侧翼或第二侧翼；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机身的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼及第一侧翼、第二侧翼的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
作为进一步的优先，所述机身、主机翼、第一侧翼、第二侧翼及尾翼的材料中，所述第一碳纤维布、第二碳纤维布及第三碳纤维布的面密度为100-150克/每平方。
作为进一步的优先，所述第一、第二及第三碳纤维布原纱的种类为1-3k。
作为进一步的优选，所述机身的材料中，所述第一碳纤维布的网格排布呈45°，所述第二碳纤维布的网格排布呈0-90°，所述第三碳纤维布的网格排布呈45°。
作为进一步的优先，所述主机翼、尾翼及第一侧翼、第二侧翼的材料中，所述第一碳纤维布的网格排布呈45°，所述第二碳纤维布的网格排布呈45°。
作为进一步的优先，所述第一聚氯乙烯布的厚度为1-3mm。
作为进一步的优选，所述主机翼、第一侧翼和第二侧翼及尾翼的边缘处设置有加强层，所述加强层设置在第一碳纤维布与第一聚氯乙烯布之间，所述加强层包括网格排布呈45°的第四碳纤维布。
作为进一步的优选，所述第一侧翼或第二侧翼设置有第一或第二副翼，所述第一副翼与第一侧翼或者所述第二副翼与第二侧翼的连接处的材料包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
作为进一步的优选，所述尾翼包括第一尾翼及第二尾翼，所述第一尾翼及第二尾翼设置有第一或第二副翼，所述第一副翼与第一尾翼或者所述第二副翼与第二尾翼的连接处的材料包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
作为进一步的优选，所述聚酯脱膜布的厚度为5-15mm。
作为进一步的优选，所述第一、第二玻璃纤维布的密度为30-60克/每平方，所述第一、第二玻璃纤维布的厚度为0.03-0.05mm。
作为进一步的优选，所述层状连接包括：相邻的两层材料之间通过环氧树脂胶粘剂连接，所述环氧树脂胶由环氧树脂与固化剂按照100∶3-5的质量比混合搅拌而成。
无人机机体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在预热后的成型上模中，依次贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，齐边消除；
在预热后的成型下模中，依次贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，放入镶块，安装风管，合上所述上模与下模；
热压成型。
本发明的有益效果是：
(1)本发明无人机机体通过采用碳纤维布、聚氯乙烯布及玻璃纤维布等多层复合材料的铺层设计，使得无人机重量大大减轻，且无人机机身在各个角度都能得到很高的强度，拉伸强度和抗撕裂力优良。
(2)本发明选用的复合材料具有可设计性，在不改变结构重量的情况下，可根据无人机的强度刚度要求进行优化设计，可以大面积整体成型，工艺简便。外型设计适用性强，有较好的应用前景。
(3)本发明由复合材料制备的无人机具有电磁性能，耐候及耐腐蚀性能，可满足无人机在恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低维护费用和周期。
(4)热压成型工艺使得树脂含量很低，大大减轻无人机机身的重量。
附图说明
图1为本发明实施例由复合材料制备的无人机机体的结构示意图。
图2为本发明实施例中使用的45°碳纤维布的网格纤维示意图。
图3为本发明实施例中使用的90°碳纤维布的网格纤维示意图。
附图中标记的说明如下：1-机身、2-主机翼、3-尾翼、4-第一侧翼、5-第二侧翼、3.1、4.1、5.1-副翼。
具体实施方式
本发明实施例通过提供由复合材料制备的无人机机体及其制备方法，解决了现有无人机材料厚重，强度低以及耐候性能差的缺陷。
为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：
本发明实施例由复合材料制备的无人机机体，所述无人机机体包括机身及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼及尾翼，所述主机翼两侧各连接一第一或第二侧翼；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机身材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼及第一、第二侧翼的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
本发明实施例无人机机体所用的碳纤维布、聚氯乙烯布及玻璃纤维布等具有比强度和比刚度高，热膨胀系数小，抗疲劳能力及抗震能力强的特点，将其应用于无人机中一方面可大大减轻重量，碳纤维布、聚氯乙烯布均有加强的作用，聚氯乙烯布较轻，玻璃纤维布网格纹路细腻，易打磨得到光滑的外观；另一方面，所述材料具有可设计性，在不改变结构重量的情况下，可根据无人机的强度刚度要求进行优化设计，可以大面积整体成型，工艺简便。另外，所述材料还具有电磁性能，耐候及耐腐蚀性能，可满足无人机在恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低维护费用和周期。本发明实施例采用多层材料铺层，通过对各层材料的密度，厚度，纤维网格排布及网格形状等设计优化，使得无人机机体在各个角度均能满足强度的要求，在需要承重的地方也可单独设计铺层参数来加强。
由于所述材料的上述优点，在无人机的一些机械连接构件处也可以使用复合材料代替其起到连接的作用，即方便了安装，又降低了重量，且能满足无人机结构强度的要求。例如在副翼的连接处，之前采用铰接合页实现翻折和连接的功能，但在制作时铰接合页安装不便，本发明实施例采用聚酯脱模布替代铰接合页来同时实现翻折和连接的功能，可在制作机体的过程中一体成型，因此大大简化了安装步骤，方便适用。而且在连接处可设置多层复合材料来达到无人机结构强度的要求。
本发明实施例无人机机体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在预热后的成型上模中，贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，齐边消除；
在预热后的成型下模中，贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，放入镶块，安装风管，合上所述上模与下模；
热压成型。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之由复合材料制备的无人机机体及其制备方法。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1由复合材料制备的无人机机体包括机身1及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼2及尾翼3，所述主机翼2两侧连接第一、第二侧翼4、5；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机/1材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼2及第一、第二侧翼4、5的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼3的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
制备所述机身1、主机翼2、第一、第二侧翼4、5及尾翼3的材料中，所述第一碳纤维布、第二碳纤维布及第三碳纤维布的面密度为120克/每平方。
所述第一、第二及第三碳纤维布原纱的种类为1k。
所述制成机身1的材料中，所述第一碳纤维布的网格呈45°，所述第二碳纤维布的网格呈0-90°，所述第三碳纤维布的网格呈45°，所述第一聚氯乙烯布的厚度为2mm。
如图2所示为本发明实施例中使用的45°碳纤维布的网格纤维示意图。如图3所示本发明实施例中使用的90°碳纤维布的网格纤维示意图。当然，网格形状不限于图2和3所示的正方形，还可以设置为三角形、五角形或六角形等等。
所述制成主机翼2、尾翼3及第一、第二侧翼4、5的材料中，所述第一碳纤维布的网格呈45°，所述第二碳纤维布的网格呈45°，所述第一聚氯乙烯布的厚度为1.5mm。
所述层状连接包括：通过环氧树脂胶粘剂连接，所述环氧树脂胶由环氧树脂与固化剂按照100∶5的质量比混合搅拌而成。
本发明实施例1无人机机体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在预热后的成型上模中，贴上制备所述机身或机翼组中的层状连接的材料，齐边消除；
在预热后的成型下模中，贴上制备所述机身或机翼组中的层状连接的材料，放入镶块，安装风管，合上所述上模与下模；
热压成型；
成型结束后，转入机加工雕刻，最后喷亮光环保型漆得最终产品。
实施例2
如图1所示，本发明实施例2由复合材料制备的无人机机体包括机身1及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼2及尾翼3，所述主机翼2两侧连接第一、第二侧翼4、5；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机/1材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼2及第一、第二侧翼4、5的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼3的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
制备所述机身1、主机翼2、第一、第二侧翼4、5及尾翼3的材料中，所述第一碳纤维布、第二碳纤维布及第三碳纤维布的面密度为100克/每平方。
所述第一、第二及第三碳纤维布原纱的种类为2k。
所述制成机身1的材料中，所述第一碳纤维布的网格排布呈45°，所述第二碳纤维布的网格呈0-90°，所述第三碳纤维布的网格呈45°；所述第一聚氯乙烯布的厚度为2mm。
所述制成主机翼2、尾翼3及第一、第二侧翼4、5的材料中，所述第一碳纤维布的网格呈45°，所述第二碳纤维布的网格呈45°；所述第一聚氯乙烯布的厚度为1.5mm。
主机翼2、第一及第二侧翼4、5、尾翼3的四周边缘处设置有加强层，所述加强层设置在第一碳纤维布与第一聚氯乙烯布之间，所述加强层为45°的第四碳纤维布。
所述层状连接包括：通过环氧树脂胶粘剂连接，所述环氧树脂胶由环氧树脂与固化剂按照100∶3的质量比混合搅拌而成。
无人机机体的制备方法与实施例1类似，不再赘述。
实施例3
如图1所示，本发明实施例3由复合材料制备的无人机机体包括机身1及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼2及尾翼3，所述主机翼2两侧连接第一、第二侧翼4、5；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机/1材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼2及第一、第二侧翼4、5的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼3的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
制备所述机身1、主机翼2、第一、第二侧翼4、5及尾翼3的材料中，所述第一碳纤维布、第二碳纤维布及第三碳纤维布的面密度为150克/每平方。
所述第一、第二及第三碳纤维布原纱的种类为2k。
所述制成机身1的材料中，所述第一碳纤维布的网格呈45°，所述第二碳纤维布的网格呈0-90°，所述第三碳纤维布的网格呈45°；所述第一聚氯乙烯布的厚度为2mm。
所述制成主机翼2、尾翼3及第一、第二侧翼4、5的材料中，所述第一碳纤维布为45°，所述第二碳纤维布为45°；所述第一聚氯乙烯布的厚度为1.5mm。
第一、第二侧翼4、5及尾翼3的四周边缘处设置有加强层，所述加强层设置在第一碳纤维布与第一聚氯乙烯布之间，所述加强层为45°的第四碳纤维布。
所述第一或第二侧翼4、5设置有第一或第二副翼4.1、5.1，所述第一副翼4.1与第一侧翼4或者所述第二副翼5.1与第二侧翼5的连接处由下述材料制成，具体包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
所述尾翼包括第一尾翼及第二尾翼，所述第一尾翼及第二尾翼设置有第一或第二副翼3.1，所述第一副翼与第一尾翼或者所述第二副翼与第二尾翼的连接处由下述材料制成，具体包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
所述聚酯脱膜布的厚度为15mm。
所述第一、第二玻璃纤维布的密度为50克/每平方。所述第一、第二玻璃纤维布的厚度为0.05mm。
所述层状连接包括：通过环氧树脂胶粘剂连接，所述环氧树脂胶由环氧树脂与固化剂按照100∶4的质量比混合搅拌而成。
无人机机体的制备方法与实施例1类似，热压成型步骤包括：上热压机成型，温度设定在60～70℃，时间设定在5～6h，压力设定在2～5MPa，风管内压0.6～2.0MPa。
将本发明实施例由复合材料制得的各部位的构件进行拉伸及弯曲试验测试，计算标准采用GB/T 1040.4-2006，例如机身材料成品，密度为0.624Kg/m3；总厚度在3.2mm左右，重量为1.442kg；经过试验测得，其最大拉力可达1500Kg，拉伸强度在130Mpa左右，拉伸弹性模量在1580Mpa左右。弯曲强度在270Mpa左右，弯曲模量18700Mpa。而本发明实施例无人机的总重量可控制在11-13kg，外形最大尺寸为2900*1900mm。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
(1)本发明无人机机体通过采用碳纤维布、聚氯乙烯布及玻璃纤维布等多层的铺层设计，使得无人机重量大大减轻，且无人机机身在各个角度都能得到很高的强度，拉伸强度和抗撕裂力优良。
(2)本发明选用的复合材料具有可设计性，在不改变结构重量的情况下，可根据无人机的强度刚度要求进行优化设计，可以大面积整体成型，工艺简便。外型设计适用性强，有较好的应用前景。
(3)本发明由复合材料制备的无人机具有电磁性能，耐候及耐腐蚀性能，可满足无人机在恶劣环境下长储存寿命的特殊要求，降低维护费用和周期。
(4)热压成型工艺使得树脂含量很低，大大减轻无人机机身的重量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述无人机机体包括机身及机翼组，所述机翼组包括分别设置在机身两侧的主机翼及尾翼，所述主机翼两侧连接一第一侧翼或第二侧翼；所述机身及机翼组的材料呈层状结构；所述机身的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第二碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第三碳纤维布；所述主机翼及第一侧翼、第二侧翼的材料各自包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布；所述尾翼的材料包括依次层状连接的第一碳纤维布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纤维布。
2.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述机身、主机翼、第一侧翼、第二侧翼及尾翼的材料中，所述第一碳纤维布、第二碳纤维布及第三碳纤维布的面密度为100-150克/每平方。
3.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述机身的材料中，所述第一碳纤维布的网格排布呈45°，所述第二碳纤维布的网格排布呈0-90°，所述第三碳纤维布的网格排布呈45°。
4.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述主机翼、尾翼及第一侧翼、第二侧翼的材料中，所述第一碳纤维布的网格排布呈45°，所述第二碳纤维布的网格排布呈45°。
5.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述第一聚氯乙烯布的厚度为1-3mm。
6.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述主机翼、第一侧翼和第二侧翼及尾翼的边缘处设置有加强层，所述加强层设置在第一碳纤维布与第一聚氯乙烯布之间，所述加强层包括网格排布呈45°的第四碳纤维布。
7.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述第一侧翼或第二侧翼设置有第一或第二副翼，所述第一副翼与第一侧翼或者所述第二副翼与第二侧翼的连接处的材料包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
8.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述尾翼包括第一尾翼及第二尾翼，所述第一尾翼及第二尾翼设置有第一或第二副翼，所述第一副翼与第一尾翼或者所述第二副翼与第二尾翼的连接处的材料包括依次层状连接的第一玻璃纤维布、聚酯脱膜布及第二玻璃纤维布。
9.根据权利要求1所述的由复合材料制备的无人机机体，其特征在于：所述层状连接包括：相邻的两层材料之间通过环氧树脂胶粘剂连接，所述环氧树脂胶由环氧树脂与固化剂按照100∶3-5的质量比混合搅拌获得。
10.如权利要求1-9任一项所述的由复合材料制备的无人机机体的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
在预热后的成型上模中，依次贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，齐边消除；
在预热后的成型下模中，依次贴上所述机身或机翼组中的层状连接的材料，放入镶块，安装风管，合上所述上模与下模；
热压成型。
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