CN107651163B - 一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法 - Google Patents

一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法，有效提高了固定翼无人机的燃油经济性和市场竞争力。外翼结构包括翼盒，所述翼盒的后端连接襟翼、副翼、翼尖小翼，所述翼盒的前端设置呈向前隆起状的前缘内段和前缘外段，所述翼盒具有上壁板、下壁板、前梁、后梁、翼肋，以及用于连接外翼与中央翼的接头；所述上壁板、下壁板的相向面设有沿横向延伸的泡沫长桁，所述中段翼肋的上端、下端设置有与泡沫长桁配合的沟槽，所述前梁和后梁均呈“Z”字形，前梁和后梁的下板相向延伸，且固定在下壁板上，前梁和后梁的上板反向延伸，且固定在上壁板上，前梁和后梁的腹板连接于上板、下板之间；所述翼肋包括前段翼肋、中段翼肋、后段翼肋。

Description

一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法。
背景技术
近年来，智能机械技术的发展方兴未艾，无人机作为空中智能机器人开始向民用领域普及。无人机市场的蓬勃发展加快了无人机领域优胜劣汰的步伐，对无人机的总体性能，尤其是无人机的经济性和安全性提出了更高的要求。固定翼无人机有着能量利用率高和承载能力强的特点，在要求长航时、长航程和大载重的工程应用领域占有绝对优势。
机翼是固定翼无人机最重要的部件之一，是产生升力的主要部件，机翼的外形与蒙皮的表面质量会直接影响固定翼飞机的气动性能，从而影响飞机的操控性、安全性和燃油经济性。现有固定翼无人机的机翼多采用全金属结构或金属与碳纤维复合材料混合使用的结构形式：采用全金属结构形式的机翼难以控制其整体结构质量，机翼表面质量也较差，不利于提高无人机的燃油经济性；采用金属与碳纤维复合材料混合使用的结构形式虽然在一定程度上克服了全金属机翼结构的缺点，但是碳纤维复合材料零部件制造成本高且易与金属材料产生电偶腐蚀，降低了其产品在民用无人机市场的竞争能力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种固定翼无人机外翼结构及其制作方法，解决了现有无人机机翼结构质量大、零件数量多、加工装配复杂、制造成本较高的缺点，有效提高了固定翼无人机的燃油经济性和市场竞争力。
本发明的目的是这样实现的：
一种固定翼无人机外翼结构，包括翼盒，所述翼盒的后端从内侧到外侧依次连接襟翼、副翼、翼尖小翼，所述翼盒的前端从内侧到外侧依次设置呈向前隆起状的前缘内段和前缘外段，所述翼盒具有上壁板、下壁板以及连接于上壁板、下壁板前端的前梁，连接于上壁板、下壁板后端的后梁，支撑于上壁板、下壁板之间沿纵向延伸的若干翼肋，用于连接外翼与中央翼的接头；所述上壁板、下壁板的相向面设有沿横向延伸的泡沫长桁，所述中段翼肋的上端、下端设置有与泡沫长桁配合的沟槽，所述前梁和后梁均呈“Z”字形，前梁和后梁的下板相向延伸，且固定在下壁板上，前梁和后梁的上板反向延伸，且固定在上壁板上，前梁和后梁的腹板连接于上板、下板之间；所述翼肋包括前段翼肋、中段翼肋、后段翼肋，前段翼肋和中段翼肋的界限在前梁腹板处，中段翼肋和后段翼肋的界限在后梁腹板处；所述前段翼肋上开有供电缆通过的圆孔。
优选的，固定翼无人机外翼外段为梯形翼，内段为矩形翼，所述前梁的外段有后掠角，前梁下端搭接有“L”型角材，用于弥补前梁轴线弯曲造成的强度削弱，所述“L”型角材的立板与前梁固定连接，所述“L”型角材的平板向前延伸，用于搭接和固定前缘内段和前缘外段，所述前缘内段和前缘外段采用螺钉固定在前梁上板、“L”型角材的平板上，形成可拆卸式的前缘内段和前缘外段。
优选的，所述前缘内段和前缘外段的腔内粘接有泡沫夹芯，用于提升前缘内段和前缘外段的刚度和稳定性。
优选的，所述前梁、后梁和“L”型角材的材料均为玻璃纤维编织布。
优选的，所述前梁和后梁的腹板上均开有减轻孔。
优选的，所述翼尖小翼、副翼和襟翼单独制造后与翼盒进行装配，中段翼肋和后段翼肋通过玻璃纤维编织布角材与后梁腹板连接，前段翼肋和中段翼肋通过玻璃纤维编织布角材与前梁腹板连接，中段翼肋的一侧贴有泡沫夹芯，用于增强翼肋的刚度和稳定性。
优选的，所述翼尖小翼、副翼和襟翼包括玻璃纤维编织布制作的蒙皮，以及在蒙皮内侧填充的泡沫夹芯。
一种固定翼无人机外翼结构的制作方法，所述前梁、后梁、翼肋和下壁板分别成型、固化、剪切，然后使用工装夹具定位胶接，之后在烘箱中二次固化，形成一体式翼盒；上壁板采用胶铆方式与一体式下半翼盒连接形成整体式承力的翼盒。
优选的，所述下壁板和上壁板均为整体式结构，所述上壁板包括上蒙皮，所述下壁板包括成型为一体的下蒙皮、封严板，所述上蒙皮、下蒙皮均采用玻璃纤维编织布与单向带混合铺贴形成，每2层玻璃纤维编织布后铺一层单向带，即玻璃纤维编织布与单向带的铺层比例为2:1，之后将泡沫长桁与泡沫夹芯粘接在对应的蒙皮上，再铺上2-3层编织布，然后在烘箱中固化，冷却后切边形成整体式结构。
优选的，所述接头的材料为铝合金，采用数控加工一体成形，一端采用胶铆方式固定在成形好的翼盒上，另一端采用螺栓连接的方式固定在中央翼上，方便维护和检修。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、外翼结构多为玻璃纤维复合材料和泡沫材料制造，具有结构重量轻和制造成本低的优点；
2、上下蒙皮均为整体式蒙皮，翼形易控制且表面质量高，有利于提升整机的气动性能和燃油经济性；
3、外翼与中央翼通过铝合金接头螺接，方便拆卸检修。
附图说明
图1为无人机外翼结构示意图；
图2为上下壁板结构示意图；
图3为翼肋结构示意图。
附图标记
附图中，1、翼尖小翼；2、副翼；3、襟翼；4、后梁；5、翼肋；6、下壁板；7、上壁板；8、接头；9、前梁；10、L形角材；11、前缘内段；12前缘外段；6、下壁板；7、上壁板；13、封严板；14、上蒙皮；15、下蒙皮；16、泡沫长桁；17、泡沫夹芯；18、后段翼肋；19、中段翼肋；20、前段翼肋；21、泡沫夹芯。
具体实施方式
参见图1-图3，一种固定翼无人机外翼结构，包括翼盒，所述翼盒的后端从内侧到外侧依次连接襟翼3、副翼2、翼尖小翼1，所述翼盒的前端从内侧到外侧依次设置呈向前隆起状的前缘内段11和前缘外段12，其特征在于，所述翼盒具有上壁板7、下壁板6以及连接于上壁板7、下壁板6前端的前梁9，连接于上壁板7、下壁板6后端的后梁4，支撑于上壁板7、下壁板6之间沿纵向延伸的若干翼肋5，用于连接外翼与中央翼的接头8；所述上壁板7、下壁板6的相向面设有沿横向延伸的泡沫长桁16，所述中段翼肋19的上端、下端设置有与泡沫长桁16配合的沟槽，所述前梁9和后梁4均呈“Z”字形，前梁9和后梁4的下板相向延伸，且固定在下壁板6上，前梁9和后梁4的上板反向延伸，且固定在上壁板7上，前梁9和后梁4的腹板连接于上板、下板之间；所述翼肋5包括前段翼肋、中段翼肋、后段翼肋，前段翼肋20和中段翼肋19的界限在前梁9腹板处，中段翼肋19和后段翼肋18的界限在后梁4腹板处；所述前段翼肋20上开有供电缆通过的圆孔。
固定翼无人机外翼外段为梯形翼，内段为矩形翼，所述前梁的外段有后掠角，前梁下端搭接有“L”型角材10，用于弥补前梁轴线弯曲造成的强度削弱，所述“L”型角材10的立板与前梁固定连接，所述“L”型角材10的平板向前延伸，用于搭接和固定前缘内段11和前缘外段12，所述前缘内段11和前缘外段12采用螺钉固定在前梁9上板、“L”型角材10的平板上，形成可拆卸式的前缘内段11和前缘外段12。
所述前缘内段11和前缘外段12的腔内粘接有泡沫夹芯，用于提升前缘内段11和前缘外段12的刚度和稳定性。
所述前梁9、后梁4和“L”型角材10的材料均为玻璃纤维编织布。
所述前梁9和后梁4的腹板上均开有减轻孔。
所述翼尖小翼1、副翼2和襟翼3单独制造后与翼盒进行装配，中段翼肋19和后段翼肋18通过玻璃纤维编织布角材与后梁4腹板粘接，前段翼肋20和中段翼肋19通过玻璃纤维编织布角材与前梁9腹板粘接，中段翼肋19的一侧贴有泡沫夹芯21，用于增强翼肋的刚度和稳定性。
所述翼尖小翼1、副翼2和襟翼3的制造材料为玻璃纤维编织布，在其蒙皮内侧填充有一定厚度的泡沫夹芯。
一种固定翼无人机外翼结构的制作方法，所述前梁9、后梁4、翼肋5和下壁板6分别成型、固化、剪切，然后使用工装夹具定位胶接，之后在烘箱中二次固化，形成一体式下半翼盒；上壁板7采用胶铆方式与一体式下半翼盒连接形成整体式承力盒段，即翼盒。
所述下壁板6和上壁板7均为整体式结构，所述上壁板7包括上蒙皮14，所述下壁板6包括成型为一体的下蒙皮15、封严板13，所述上蒙皮14、下蒙皮15均采用玻璃纤维编织布与单向带混合铺贴形成，每2层玻璃纤维编织布后铺一层单向带，即玻璃纤维编织布与单向带的铺层比例为2:1，之后将泡沫长桁16与泡沫夹芯17粘接在对应的蒙皮上，再铺上2-3层编织布，然后在烘箱中固化，冷却后切边形成整体式结构。
所述接头8的材料为铝合金，采用数控加工一体成形，一端采用胶铆方式固定在成形好的翼盒上，另一端采用螺栓连接的方式固定在中央翼上，方便维护和检修。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种固定翼无人机外翼结构，包括翼盒，所述翼盒的后端从内侧到外侧依次连接襟翼(3)、副翼(2)、翼尖小翼(1)，所述翼盒的前端从内侧到外侧依次设置呈向前隆起状的前缘内段(11)和前缘外段(12)，其特征在于，所述翼盒具有上壁板(7)、下壁板(6)以及连接于上壁板(7)、下壁板(6)前端的前梁(9)，连接于上壁板(7)、下壁板(6)后端的后梁(4)，支撑于上壁板(7)、下壁板(6)之间沿纵向延伸的若干翼肋(5)，用于连接外翼与中央翼的接头(8)；所述上壁板(7)、下壁板(6)的相向面设有沿横向延伸的泡沫长桁(16)，中段翼肋(19)的上端、下端设置有与泡沫长桁(16)配合的沟槽，所述前梁(9)和后梁(4)均呈“Z”字形，前梁(9)和后梁(4)的下板相向延伸，且固定在下壁板(6)上，前梁(9)和后梁(4)的上板反向延伸，且固定在上壁板(7)上，前梁(9)和后梁(4)的腹板连接于上板、下板之间；所述翼肋(5)包括前段翼肋、中段翼肋、后段翼肋，前段翼肋(20)和中段翼肋(19)的界限在前梁(9)腹板处，中段翼肋(19)和后段翼肋(18)的界限在后梁(4)腹板处；所述前段翼肋(20)上开有供电缆通过的圆孔；
固定翼无人机外翼外段为梯形翼，内段为矩形翼，所述前梁的外段有后掠角，前梁下端搭接有“L”型角材(10)，用于弥补前梁轴线弯曲造成的强度削弱，所述“L”型角材(10)的立板与前梁固定连接，所述“L”型角材(10)的平板向前延伸，用于搭接和固定前缘内段(11)和前缘外段(12)，所述前缘内段(11)和前缘外段(12)采用螺钉固定在前梁(9)上板、“L”型角材(10)的平板上，形成可拆卸式的前缘内段(11)和前缘外段(12)；
所述翼尖小翼(1)、副翼(2)和襟翼(3)单独制造后与翼盒进行装配，中段翼肋(19)和后段翼肋(18)通过玻璃纤维编织布角材与后梁(4)腹板连接，前段翼肋(20)和中段翼肋(19)通过玻璃纤维编织布角材与前梁(9)腹板连接，中段翼肋(19)的一侧贴有泡沫夹芯(21)，用于增强翼肋的刚度和稳定性。
2.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机外翼结构，其特征在于，所述前缘内段(11)和前缘外段(12)的腔内粘接有泡沫夹芯，用于提升前缘内段(11)和前缘外段(12)的刚度和稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机外翼结构，其特征在于，所述前梁(9)、后梁(4)和“L”型角材(10)的材料均为玻璃纤维编织布。
4.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机外翼结构，其特征在于，所述前梁(9)和后梁(4)的腹板上均开有减轻孔。
5.根据权利要求1所述的一种固定翼无人机外翼结构，其特征在于，所述翼尖小翼(1)、副翼(2)和襟翼(3)包括玻璃纤维编织布制作的蒙皮，以及在蒙皮内侧填充的泡沫夹芯。
6.一种权利要求1-5任一所述的固定翼无人机外翼结构的制作方法，其特征在于，所述前梁(9)、后梁(4)、翼肋(5)和下壁板(6)分别成型、固化、剪切，然后使用工装夹具定位胶接，之后在烘箱中二次固化，形成一体式下半翼盒；上壁板(7)采用胶铆方式与一体式下半翼盒连接形成整体式承力的翼盒。
7.根据权利要求6所述的一种固定翼无人机外翼结构的制作方法，其特征在于，所述下壁板(6)和上壁板(7)均为整体式结构，所述上壁板(7)包括上蒙皮(14)，所述下壁板(6)包括成型为一体的下蒙皮(15)、封严板(13)，所述上蒙皮(14)、下蒙皮(15)均采用玻璃纤维编织布与单向带混合铺贴形成，每2层玻璃纤维编织布后铺一层单向带，即玻璃纤维编织布与单向带的铺层比例为2:1，之后将泡沫长桁(16)与泡沫夹芯(17)粘接在对应的蒙皮上，再铺上2-3层编织布，然后在烘箱中固化，冷却后切边形成整体式结构。
8.根据权利要求6所述的一种固定翼无人机外翼结构的制作方法，其特征在于，所述接头(8)的材料为铝合金，采用数控加工一体成形，一端采用胶铆方式固定在成形好的翼盒上，另一端采用螺栓连接的方式固定在中央翼上，方便维护和检修。
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