CN107416180A - 高强度无人机机翼、机翼加工系统及机翼加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度机翼、机翼加工系统及其加工方法，其中，本机翼适于采用聚丙烯微孔发泡板材制成，所述机翼采用聚丙烯微孔发泡板材制成后，具有聚丙烯微孔发泡板材制轻盈且具有韧性的优点，并且使机翼的抗拉伸、抗压缩、抗扭转、抗冲击等能力得到提高，延长了无人机的使用寿命。

Description

高强度无人机机翼、机翼加工系统及机翼加工方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种以微孔发泡板材为原料的高强度机翼、机翼加工系统及机翼加工方法。

背景技术

聚合物微孔发泡材料是特指泡孔尺寸小于100μm，孔密度大于1.0×106个/cm 3的聚合物多孔发泡材料。由于其具有的轻质高强、节约材料等特点，微孔发泡材料具有广泛的应用前景。在众多的聚合物微孔发泡材料中，聚丙烯(PP) 微孔发泡材料具有良好的机械性能，较高的热变形温度，耐化学品性等性能，并且泡孔之间互相连通的开孔型聚丙烯微孔发泡材料则可以应用于过滤、分离、吸音和透气等领域。

因此，本材料广泛用于保温车、冷藏车的隔热板，汽车、客车和轨道交通车辆的顶棚、地板等，并可应用于船舶、建筑等的隔热保温。

中国专利CN104629176B公开了一种开孔型聚丙烯微孔发泡片材及其生产方法，其提供了一种孔泡完全贯通，并穿过形成于聚丙烯相内孔泡的孔壁，从而形成开孔结构的聚丙烯微孔发泡片材，采用此方法制得的聚丙烯微孔发泡片材可广泛应用于吸音、透气等领域。

虽然由于聚丙烯微孔发泡板材良好的物理特性是作为飞机机翼比较理想的原材料，但是由于聚丙烯微孔发泡片材中的微孔造成其质地具有一定的韧性，无法进行机械加工，因此，在目前无人机领域还没出现将聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种机翼，以解决传统无人机机翼容易衰落折断的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机翼，所述机翼适于采用聚丙烯微孔发泡板材制成。

进一步，所述机翼的翼尖向上弯曲翘起，位于机翼的外翼部开设有襟翼安装位，当襟翼安装于该襟翼安装位后由舵机控制，并且所述机翼的底面开设有舵机放置槽。

本发明的有益效果是，所述机翼采用聚丙烯微孔发泡板材制成后，具有聚丙烯微孔发泡板材制轻盈且具有韧性的优点，并且使机翼的抗拉伸、抗压缩、抗扭转、抗冲击等能力得到提高，延长了无人机的使用寿命。

又一方面，为了解决聚丙烯微孔发泡板材加工问题，本发明还提供了一种机翼加工系统。

所述机翼加工系统包括：

浸泡池，浸泡聚丙烯微孔发泡板材；

干燥装置，对浸泡后的聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使其硬化；以及

数控加工中心，将硬化后的聚丙烯微孔发泡板材机械加工成所述机翼；以及

抓取输送机构，用于将浸泡池中的聚丙烯微孔发泡板材抓取后，送入干燥装置干燥后，再送入数控加工中心进行机械加工。

进一步，所述浸泡池中相向设置的两内壁分别设有超声波发生器；

当所述聚丙烯微孔发泡板材垂直放入浸泡池后，两超声波发生器适于向聚丙烯微孔发泡板材的正、反面发出超声波，以使浸泡池内的石膏悬浊液中的石膏颗粒物轰入微孔道深处。

进一步，所述浸泡池设有石膏加料装置，所述浸泡池中设有浓度检测传感器；

当浸泡池中石膏悬浊液的浓度低于设定值时，通过石膏加料装置进行补料。

进一步，所述数控加工中心包括：喷嘴，所述喷嘴适于对聚丙烯微孔发泡板材的加工面喷射液氮，以使加工面通过冷冻提高加工硬度；以及

所述喷嘴由丝杆机构带动沿聚丙烯微孔发泡板材的切削方向移动。

第三方面，本发明还提供了一种机翼加工方法，即

将聚丙烯微孔发泡板材作为原料，且通过机械加工成所述机翼。

进一步，采用聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的方法包括如下步骤：

步骤S1，提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度；

步骤S2，通过数控加工中心对聚丙烯微孔发泡板材进行切削，以形成机翼半成品；以及

步骤S3，对半成品机翼进行热压成型处理。

进一步，所述步骤S1中提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度的方法包括：

步骤S11，将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中，以使石膏颗粒物填充至聚丙烯微孔发泡板材的微孔道中；

步骤S12，对聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使微孔道中的石膏颗粒物硬化。

进一步，在将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中后，通过超声波将石膏颗粒物轰入微孔道深处。

进一步，所述步骤S2还包括：在对聚丙烯微孔发泡板材进行切削之前或过程中，进行冷冻处理，以进一步提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度。进一步，所述喷嘴由丝杆机构带动沿聚丙烯微孔发泡板材的切削方向移动。

本发明的有益效果是，本发明提出了机翼加工系统及机翼工作方法，其克服了传统聚丙烯微孔发泡板材无法实现机械加工的技术问题，并将聚丙烯微孔发泡板材作为无人机机翼原材料，使机翼在保持轻盈的同时，提高了机翼的韧性，延长了无人机的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的机翼的结构示意图；

图2是本机翼加工系统的俯视图；

图3是浸泡池的结构示意图。

图4是采用聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的方法流程图；

图中：机翼1a、翼尖2a、襟翼3a、舵机放置槽4a、加强筋放入槽5a；

聚丙烯微孔发泡板材托盘1、传输线2、第一机械手301、第二机械手302、第三机械手303、浸泡池4、超声波发生器401、干燥装置5、数控加工中心6、聚丙烯微孔发泡板材7。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1示出了本机翼的结构示意图。

如图1所示，实施例1提供了一种机翼1a，所述机翼1a适于采用聚丙烯微孔发泡板材制成。

进一步，所述机翼1a的翼尖2a向上弯曲翘起，位于机翼1a的外翼部开设有襟翼安装位，当襟翼3a安装于该襟翼安装位后由舵机控制，并且所述机翼的底面开设有舵机放置槽4a。

以及所述机翼的底面还开设有加强筋放入槽5a，加强筋放入槽同时也可以作为线槽。

所述机翼采用聚丙烯微孔发泡板材制成后，具有聚丙烯微孔发泡板材制轻盈且具有韧性的优点，并且使机翼的抗拉伸、抗压缩、抗扭转、抗冲击等能力得到提高，延长了无人机的使用寿命。

但是对于聚丙烯微孔发泡片材，虽然微孔带来了上述优点，但是也带了机械加工困难的问题，即由于微孔使得聚丙烯微孔发泡片材质地轻盈，并具有一定的韧性，但是并不利于通过机械加工的方式制备相应配件产品。

为了解决聚丙烯微孔发泡板材加工难的技术问题，以下通过实施例2和实施例3以实施例1所述的机翼为例，进行展开说明。

实施例2

针对聚丙烯微孔发泡板材机械加工难的技术问题，本发明第一步需要将聚丙烯微孔发泡板材满足机械加工所需的加工硬度，然后再通过数控加工中心进行机械加工。

图2是本机翼加工系统的俯视图；

如图2所示，在实施例1基础上，本实施例2提供了一种机翼加工系统。

所述机翼加工系统包括：

浸泡池，浸泡聚丙烯微孔发泡板材；

干燥装置，对浸泡后的聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使其硬化；以及

数控加工中心，将硬化后的聚丙烯微孔发泡板材机械加工成如实施例1所述的机翼；以及

抓取输送机构，用于将浸泡池中的聚丙烯微孔发泡板材抓取后，送入干燥装置干燥后，再送入数控加工中心进行机械加工。

所述干燥装置例如但不限于采用烘干设备。

所述数控加工中心例如但不限于实现铣削、镗削、钻削、攻螺纹和切削螺纹等功能，进而实现翼尖、襟翼安装位、舵机放置槽等部位的加工。

所述抓取输送机构包括传输线2，位于传输线2的一侧对应浸泡池4、干燥装置5和数控加工中心6的位置均设有机械手；其中第一机械手301适于将聚丙烯微孔发泡板材7托盘1中取出后，放入浸泡池4进行浸泡，随后取出，通过传输线2输送至干燥装置5侧，由第二机械手302将聚丙烯微孔发泡板材7抓取后放入干燥装置5烘干，并由第二机械手302取出后通过传输线2输送至数控加工中心6侧，由第三机械手303将硬化的聚丙烯微孔发泡板材7送至数控加工中心6，完成加工。

图3示出了浸泡池的结构示意图。

如图3所示，所述浸泡池中相向设置的两内壁分别设有超声波发生器；当所述聚丙烯微孔发泡板材垂直放入浸泡池后，两超声波发生器适于向聚丙烯微孔发泡板材的正、反面发出超声波，以使浸泡池内的石膏悬浊液中的石膏颗粒物轰入微孔道深处。

所述浸泡池还设有石膏加料装置，所述浸泡池中设有浓度检测传感器；当浸泡池中石膏悬浊液的浓度低于设定值时，通过石膏加料装置进行补料。其中所述石膏加料装置包括：加料仓，所述加料仓呈漏斗状，所述加料仓底面设有电动仓门，所述浓度检测传感器将检测数据发送至一处理器模块，所述处理器模块适于控制电动仓门打开以实现补充石膏粉末。

所述超声波发生器发出超声波适于将石膏粉末击碎，并且避免石膏颗粒物在浸泡池内沉淀。

所述数控加工中心包括：喷嘴，所述喷嘴适于对聚丙烯微孔发泡板材的加工面喷射液氮，以使加工面通过冷冻提高加工硬度；优选的，所述喷嘴由丝杆机构带动沿聚丙烯微孔发泡板材的切削方向移动。

具体的，所述加工设备内的控制模块适于控制丝杆机构。

所述抓取输送机构中各机械手和传输线、浸泡池中的超声波发生器、干燥装置和数控加工中心均可以由一控制单元进行统一调度控制，例如但不限于采用PLC模块，可以通过modbus通讯协议、RS485等通讯协议进行通讯。

以机翼为例，通过石膏填充微孔道后提高了其机械加工硬度，并且由于石膏密度较低，虽然对微孔道进行填充但是对机翼增加的重量微乎其微，因此，既满足了加工需要，又保持了聚丙烯微孔发泡板材轻盈且具有韧性的优点，制成的机翼降低了飞机衰落损坏几率，延长了飞机使用寿命。

并且，由于石膏带来一定的阻燃效果，因此，尤其适合作为带油箱舱类别的无人机的机翼使用。

实施例3

本实施例3提供了一种机翼加工方法，即

将聚丙烯微孔发泡板材作为原料，且通过机械加工成如实施例1所述的机翼。

以下以机翼为例对本工作方法进行展开说明。

图4示出了采用聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的方法流程图。

具体的，采用聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的方法包括如下步骤：

步骤S1，提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度；

步骤S2，通过实施例1所述的数控加工中心对聚丙烯微孔发泡板材进行切削，以形成机翼半成品；以及

步骤S3，对半成品机翼进行热压成型处理。

进一步，作为提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度的一种优选的实施方式，所述步骤S1中提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度的方法包括：

步骤S11，将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中，浸泡时间在30min以上，以使石膏颗粒物通过自扩散作用进入聚丙烯微孔发泡板材的微孔道中实现填充。

在浸泡池中可以放入浓度检测传感器，以检测石膏悬浊液的浓度值，也可以通过聚丙烯微孔发泡板材浸泡前的初始浓度值与浸泡后的浓度值的差值判断微孔道的填充度，例如初始浓度值为X（mg/L），浸泡后的浓度值为Y（mg/L），

Z=（X-Y）/X；其中Z为浓度降低的程度，进而反应微孔道从石膏悬浊液吸收石膏颗粒物的程度，并实时监控浓度降低速度，当在一定时间内浓度不再降低或者降低十分缓慢时，判定微孔道填充完毕。

步骤S12，通过干燥装置对聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使微孔道中的石膏颗粒物硬化。

进一步，为了提高石膏颗粒物对聚丙烯微孔发泡板材中微孔道的填充效率，加速填充过程，在将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中后，通过超声波将石膏颗粒物轰入微孔道深处；并且将石膏悬浊液的水温保持在20℃，以促进石膏颗粒物快速扩散至微孔道。

所述水温保持在20℃可以通过温度传感器及半导体制冷片协同控制实现，具体的，通过一处理器模块采集温度传感器测试的水温数据，并控制半导体制冷片的工作电流的大小及方向，通过电流方向调节是升温还是降温，通过电流大小调节半导体制冷片的升温或者降温功率。

由于超声波适于将石膏颗粒物轰入微孔道深处，并且避免石膏颗粒物堆积在微孔道的入口处，堵塞微孔道，阻止石膏悬浊液中的石膏颗粒物进入微孔道内。

超声波适于在浸泡前期进行工作，工作频率优选为20KHZ，持续工作20-30min后关闭；或者超声波的频率随着悬浊液浓度降低而降低，直至在悬浊液浓度不再降低或者降低十分缓慢时关闭超声波，以使石膏颗粒物通过自扩散作用进入微孔道离入口处较浅的位置。

通过超声波将石膏颗粒物轰入微孔道深处，以使石膏颗粒物到达微孔道深处进行填充，在后续切削加工过程中，由于会将聚丙烯微孔发泡板材的表面进行切削，若石膏颗粒物未对微孔道深处进行填充，在聚丙烯微孔发泡板材的表面进行切削加工后，则造成聚丙烯微孔发泡板材的暴露面偏软，无法继续进行机械加工。

所述步骤S2还包括：在对聚丙烯微孔发泡板材进行切削之前或过程中，进行冷冻处理，以进一步提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度。

所述步骤S3中对半成品机翼进行热压成型处理的作用是去除机翼半成品在加工过程中出现的毛刺，使机翼更加光滑，进而实现在飞行过程中降低风阻。

进一步，本实施例3对于浸泡池所提及的温度传感器及半导体制冷片以使悬浊液水温保持在20℃的技术方案同样在实施例1中也同样可行。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种机翼，其特征在于，所述机翼适于采用聚丙烯微孔发泡板材制成。

2.根据权利要求1所述的机翼，其特征在于，

所述机翼的翼尖向上弯曲翘起，位于机翼的外翼部开设有襟翼安装位，当襟翼安装于该襟翼安装位后由舵机控制，并且

所述机翼的底面开设有舵机放置槽。

3.一种机翼加工系统，其特征在于，包括：

浸泡池，浸泡聚丙烯微孔发泡板材；

干燥装置，对浸泡后的聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使其硬化；以及

数控加工中心，将硬化后的聚丙烯微孔发泡板材机械加工成如权利要求1或2所述的机翼；以及

抓取输送机构，用于将浸泡池中的聚丙烯微孔发泡板材抓取后，送入干燥装置干燥后，再送入数控加工中心进行机械加工。

4.根据权利要求3所述的机翼加工系统，其特征在于，

所述浸泡池中相向设置的两内壁分别设有超声波发生器；

当所述聚丙烯微孔发泡板材垂直放入浸泡池后，两超声波发生器适于向聚丙烯微孔发泡板材的正、反面发出超声波，以使浸泡池内的石膏悬浊液中的石膏颗粒物轰入微孔道深处。

5.根据权利要求4所述的机翼加工系统，其特征在于，

所述浸泡池设有石膏加料装置，所述浸泡池中设有浓度检测传感器；

当浸泡池中石膏悬浊液的浓度低于设定值时，通过石膏加料装置进行补料。

6.根据权利要求5所述的机翼加工系统，其特征在于，

所述数控加工中心包括：喷嘴，所述喷嘴适于对聚丙烯微孔发泡板材的加工面喷射液氮，以使加工面通过冷冻提高加工硬度；以及

所述喷嘴由丝杆机构带动沿聚丙烯微孔发泡板材的切削方向移动。

7.一种机翼加工方法，其特征在于，

将聚丙烯微孔发泡板材作为原料，且通过机械加工成如权利要求1或2所述的机翼。

8.根据权利要求7所述的机翼加工方法，其特征在于，

采用聚丙烯微孔发泡板材为原料制备机翼的方法包括如下步骤：

步骤S1，提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度；

步骤S2，通过数控加工中心对聚丙烯微孔发泡板材进行切削，以形成机翼半成品；以及

步骤S3，对半成品机翼进行热压成型处理。

9.根据权利要求8所述的机翼加工方法，其特征在于，

所述步骤S1中提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度的方法包括：

步骤S11，将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中，以使石膏颗粒物填充至聚丙烯微孔发泡板材的微孔道中；

步骤S12，对聚丙烯微孔发泡板材进行干燥，以使微孔道中的石膏颗粒物硬化。

10.根据权利要求9所述的机翼加工方法，其特征在于，

在将聚丙烯微孔发泡板材浸泡于石膏悬浊液中后，通过超声波将石膏颗粒物轰入微孔道深处；以及

所述步骤S2还包括：在对聚丙烯微孔发泡板材进行切削之前或过程中，进行冷冻处理，以进一步提高聚丙烯微孔发泡板材的加工硬度。