CN108583931B - 一种中小型无人机先进制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种中小型无人机先进制造工艺方法，包括以下步骤：采用铝‑非金属复合材料蒙皮；采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼。具体为:
Figure 834731DEST_PATH_IMAGE001
选择一块平整的适合机翼大小的玻璃板或桌面或平台；
Figure 602967DEST_PATH_IMAGE002
在玻璃板或桌面或平台上装配机翼的型架和骨架；
Figure 268565DEST_PATH_IMAGE003
分别将铝‑非金属复合材料蒙皮压贴到机翼骨架的正面或反面；
Figure 399332DEST_PATH_IMAGE004
在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不绣钢钢块；
Figure 272611DEST_PATH_IMAGE005
重复过程
Figure 324880DEST_PATH_IMAGE004
，直至将机翼骨架正面或反面的蒙皮上均加压铁块或不绣钢钢块；
Figure 495967DEST_PATH_IMAGE006
将机翼骨架上下两张蒙皮的边缘处进行捏合胶接，该捏合胶接的边缘处为铁块或不锈钢块压力不到的地方；
Figure 481241DEST_PATH_IMAGE007
将成型后的机翼成品作表面处理。本发明目的在于简便工艺，生产出高质量、高刚度的机翼。

Description

一种中小型无人机先进制造工艺
技术领域
本发明属于中小型无人机技术领域，尤其涉及一种中小型无人机先进制造工艺。
背景技术
固定翼无人机都具有机翼，由于气动力要求，机翼的平面形状和弯曲度、扭转度都比较复杂；还由于各种飞行条件要求，机翼翼型有多种曲面、曲线组成，而且机翼承受多种气动载荷，内部和外部挂载使机翼结构设计和制造不堪重任。
目前除少数特殊结构的机翼结构不采取模具生产外（例如表面蒙皮为低质、软绢、塑料薄膜）都是采用模具成型蒙皮，然后采用铆接、螺接、胶接等方式固定到由木制、塑料、铝合金、钛合金、复合材料结构构架上形成机翼以及有关活动面。
现在常见机翼蒙皮材料是木制、木制层板、金属板材、玻璃钢或碳纤维复合材料，无论采用何种材料都存在贴合机翼表面形状的要求，因此大多数蒙皮需要采用模具成型。而制造符合机翼翼型的模具要采用手工或数控机床机械加工来制造，无论采用何种材料来制造模具，成本相当可观。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提出一种基于铝合金-轻木板复合蒙皮的中小型无人机先进制造工艺，目的在于简便工艺，生产出高质量、高刚度的机翼。
一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特点是：包括以下步骤：
步骤一、采用铝-非金属复合材料蒙皮；
步骤二、采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼。
所述步骤一的铝-非金属材料复合材料蒙皮，其中的铝为铝合金薄板，其中的非金属材料为巴尔沙轻木，所述铝合金薄板的厚度为0.06 - 0.1mm，所述巴尔沙木板的厚度为1.8 – 2 mm。
所述步骤二的采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼，具体过程如下：
Figure 193564DEST_PATH_IMAGE001
选择一块平整的适合机翼大小的玻璃板或桌面或平台；
Figure 944482DEST_PATH_IMAGE002
在玻璃板或桌面或平台上装配机翼的型架和骨架；
所述的机翼型架为用木制层板制造的适合机翼形状大小的水平面内的一圈边框，该边框用于沿着边框周围粘接机翼骨架；
所述的机翼骨架为由多条纵横交错且互为垂直的翼肋插接而成，机翼骨架沿着机翼型架边框粘接在机翼型架上；
Figure 442460DEST_PATH_IMAGE003
分别将铝-非金属复合材料蒙皮压贴到机翼骨架的正面或反面；
所述铝-非金属复合材料蒙皮，其中的铝金属为蒙皮的外层、非金属为蒙皮的内层，具体为： 蒙皮外层的铝金属作为机翼的上表面或下表面，蒙皮内层的非金属压贴在机翼骨架上；
Figure 168101DEST_PATH_IMAGE004
在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不绣钢钢块；
Figure 118740DEST_PATH_IMAGE005
重复过程
Figure 470087DEST_PATH_IMAGE004
，直至将机翼骨架正面或反面的蒙皮上均加压铁块或不绣钢钢块；
Figure 743942DEST_PATH_IMAGE006
将机翼骨架上下两张蒙皮的边缘处进行捏合胶接，该捏合胶接的边缘处为铁块或不锈钢块压力不到的地方；
Figure 155332DEST_PATH_IMAGE007
将成型后的机翼成品作表面处理。
所述过程
Figure 327687DEST_PATH_IMAGE002
的具体步骤如下：
Figure 217146DEST_PATH_IMAGE008
、在适合机翼大小的玻璃板或桌面或平台上涂抹强力胶；
Figure 689715DEST_PATH_IMAGE009
、在涂抹强力胶的桌面上装配机翼的型架；
Figure 951633DEST_PATH_IMAGE010
、在机翼型架的边框上粘接机翼骨架；
所述的强力胶可以采用安特固强力胶，也可以用环氧类胶。
所述过程
Figure 611284DEST_PATH_IMAGE003
的具体步骤如下：
Figure 304434DEST_PATH_IMAGE008
、在机翼骨架上表面或下表面的各条翼肋上涂抹强力胶；
Figure 631510DEST_PATH_IMAGE009
、将铝-非金属复合材料蒙皮分别压贴到上表面下表面的各条翼肋上。
所述过程
Figure 837232DEST_PATH_IMAGE004
的铁块或不绣钢钢块的尺寸为：50mmx100mmx20mm，该尺寸大于机翼骨架相邻翼肋之间的距离；所述在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不绣钢钢块，具体为用二比一的方法配比翼肋和铁块或不锈钢块，也即每两个相邻翼肋上配有一个铁块或不绣钢钢块，每四个相邻翼肋上配有两个铁块或钢块。
所述过程
Figure 718601DEST_PATH_IMAGE006
的具体步骤为：机翼上下两张蒙皮的边缘捏合处可以用小型晾衣夹、文具夹和手工夹，代替铁块或不锈钢块对其进行压力捏合。
所述过程
Figure 215441DEST_PATH_IMAGE007
的具体步骤为：采用压力成型胶接蒙皮法成形的机翼成品表面光滑，只需喷上最终用户选用漆就可以。
本发明的优点效果
1、制造机翼用蒙皮无需采用模压成型蒙皮。
2、采用钢块模压法，仅需成本低廉的钢块或平整铅块或平整重物。
3、制造过程快速、易操作，任何工厂、个人都无需训练即可操作。
4、所有制造和装配过程中都是在常温常压下完成，没有任何污染环境的情况。
5、成品率高，表面质量高。
附图说明
图1为本发明装配机翼型架和骨架示意图；
图2为本发明压力成型胶接蒙皮法示意图一；
图3为本发明压力成型胶接蒙皮法示意图二。
图中：1：桌面；2-1：机翼型架；2-2：机翼骨架；2-3-1：上蒙皮；2-3-2：下蒙皮；3：压块；4：夹子。
具体实施方式
本发明的设计原理：
本发明采用铝合金-轻木板制作小型无人机机翼的蒙皮，相比目前常规采用的玻璃钢和碳纤维复合材料，工艺简便、高刚度、高质量，具体如下：
1、玻璃钢材料和碳纤维复合材料重量都不轻。目前无论采用玻璃钢材料（即便采用超细玻璃和高强度、高温固化的玻璃）和碳纤维复合材料制作的小型无人机蒙皮普遍比较重，因为小型无人机重量很小，一般小于100公斤，那么可以分配到机翼蒙皮的重量就很有限制。由于玻璃钢材料和碳纤维相比，后者重量相对轻，因此许多小型无人机企图利用碳纤维复合材料作蒙皮以提高蒙皮的抗压能力，提高机翼临界速度，但是厚度为0.1-0.5mm的碳纤维板本身就很软和抗压能力差，为此就一定会采用较厚蒙皮，因此重量不轻。
2、用轻质木材巴尔沙作铝箔支撑板重量最轻且价格最优。铝合金弹性模量7000spi左右，而钢化玻璃2000spi，碳纤维复合材料也只有5000spi或更低，因此，当采用铝合金时应当抗压能力略有提高，但铝合金比重大，相比碳纤维复合材料钢度差，为此要提高铝合金薄板的失稳刚度，我们用轻质木材巴尔沙作铝箔支撑板，从而提高低应力状态下的剪切失稳能力，当然也可以用巴尔沙来作碳纤维板的支撑板，但是相对重量较大，价格昂贵。
3、采用0.1mm铝合金板和2mm厚的巴尔沙木板胶合成的蒙皮，重量轻、刚度大，抗气候环境好，表面质量好。
采用碳纤维板相对采用铝合金板重量大：由于铝合金板相对于碳纤维板重量轻、刚度大，制作飞机机翼的蒙皮厚度仅需要0.1mm，而一块碳纤维板由于本身就很软和抗压能力差因此需要增加厚度，厚度为0.3mm。一块10cm*10cm的厚度0.1mm的铝合金巴而沙复合板仅重10克，而一块厚度为0.3mm的10cm*10cm的碳纤维复合材料板重12克，当然重量越轻的质量越好。
4、制备方便。所有玻璃钢板和碳纤维复合材料板成型都需要模具（不变形），而金属模具（不变性）价格昂贵，制作周期长。
5、本发明制备的铝箔-巴尔沙蒙皮仅是碳纤维复合材料板价格的25%：采用铝合金板的厚度仅为0.1mm, 而采用碳纤维复合材料，其厚度为0.3mm，由于碳纤维复合材料的厚度是铝合金的3倍，所以价格也大约是3倍。例如：一平方米T800碳纤维的预浸料厚度为0.127mm，制作0.3mm的成品板至少要2片，大约价格为1200-3200/每平方米（价格差别为国产和进口的差别）。加工成品板，本发明的价格仅为经过固化处理后的碳纤维复合材料价格的1/3。
6、成型方便。本发明无需用热压箱和模具，只采用市场上常规的胶即可成型。价格便宜方便。设备简单、工艺方便是小型工厂可以完成的工作。
基于以上发明原理，本发明设计了一种中小型无人机先进制造工艺方法，具体包括以下步骤：
一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、采用铝-非金属复合材料蒙皮；
补充说明：所述铝-非金属复合材料蒙皮由铝合金薄板、轻质非金属材料通过高温胶膜粘合而成。所述的非金属材料为巴尔沙轻木，所述铝合金薄板的厚度为0.06 - 0.1mm，所述巴尔沙木板的厚度为1.8 – 2 mm。所述的高温胶膜为改性酚醛环氧树脂；所述的高温胶膜胶合条件为：1-1.5大气压，固化温度为120℃-140℃、保温时间一小时。所述的高温胶膜胶合过程为：采用常规真空袋法在烘箱内固化，抽气压力为1个大气压；也可采用热压罐化，采用1.2-1.5大气压；以上大气压力大小取决于采用的轻质材料的种类或型号。
步骤二、采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼。
所述步骤二的采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼，具体过程如下：
如图1、图2、图3所示，
Figure 288701DEST_PATH_IMAGE001
选择一块平整的适合机翼大小的玻璃板或桌面或平台1；
Figure 478374DEST_PATH_IMAGE002
在玻璃板或桌面或平台上装配机翼的型架2-1和骨架2-2；
所述的机翼型架为用木制层板制造的沿着机翼水平面裁切的适合机翼大小的一圈边框2-1，该边框2-1用于沿着边框周围粘接机翼骨架2-2；
所述的机翼骨架2-2为由多条纵横交错且互为垂直的翼肋插接而成，机翼骨架沿着机翼型架边框粘接在机翼型架上；
具体步骤如下：
Figure 378197DEST_PATH_IMAGE008
、在适合机翼大小的玻璃板或桌面或平台上涂抹强力胶；
Figure 662417DEST_PATH_IMAGE009
、在涂抹强力胶的桌面上装配机翼的型架2-1；
Figure 370610DEST_PATH_IMAGE010
、在机翼型架的边框上粘接机翼骨架2-2；
所述的强力胶可以采用安特固强力胶，也可以用环氧类胶。
补充说明：机翼和桌面胶粘后，当机翼制作成型需要机翼与桌面分离时，可以采用薄片状的小铲子在桌面和机翼之间进行轻轻的分离。
Figure 465605DEST_PATH_IMAGE003
分别将铝-非金属复合材料蒙皮压贴到机翼骨架的正面或反面；
所述铝-非金属复合材料蒙皮，其中的铝金属为蒙皮的外层、非金属为蒙皮的内层，具体为： 蒙皮外层的铝金属作为机翼的上表面或下表面，蒙皮内层的非金属压贴在机翼骨架上。
具体步骤如下：
Figure 334947DEST_PATH_IMAGE008
、在机翼骨架上表面或下表面的各条翼肋上涂抹强力胶；
Figure 439170DEST_PATH_IMAGE009
、将铝-非金属复合材料蒙皮分别压贴到上表面下表面的各条翼肋上。
Figure 454399DEST_PATH_IMAGE004
在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不绣钢钢块3；
如图2所示；每二个翼肋上面压有一个铁块或钢块3。
所述铁块或不绣钢钢块的尺寸为：50mmx100mmx20mm，分别为：高5厘米、长10厘米、宽2厘米；该尺寸的长度大于机翼骨架相邻翼肋之间的距离；所述在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不绣钢钢块，具体为用二比一的方法配比翼肋和铁块或不锈钢块，也即每两个相邻翼肋上配有一个铁块或不绣钢钢块，每四个相邻翼肋上配有两个铁块或钢块。
Figure 985875DEST_PATH_IMAGE005
重复过程
Figure 266814DEST_PATH_IMAGE004
，直至将机翼骨架正面或反面的蒙皮上均加压铁块或不绣钢钢块；
Figure 440307DEST_PATH_IMAGE006
将机翼骨架上下两张蒙皮的边缘处进行捏合胶接，该捏合胶接的边缘处为铁块或不锈钢块压力不到的地方；
如图3所示，2-3-1为机翼骨架的上表面蒙皮；2-3-2为机翼骨架的下表面蒙皮，由于铁块3对于蒙皮两端捏合处压接不上，故采用小夹子4代替铁块将上下两张蒙皮的边缘进行胶接。所述小夹子4可以用小型晾衣夹、文具夹和手工夹，代替铁块或不锈钢块对其进行压力捏合。
Figure 670562DEST_PATH_IMAGE007
将成型后的机翼成品作表面处理。
采用压力成型胶接蒙皮法成形的机翼成品表面光滑，只需喷上最终用户选用漆就可以。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。

Claims (5)

1.一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、采用铝-非金属复合材料蒙皮；
所述铝-非金属复合材料蒙皮，其中的铝为铝合金薄板，其中的非金属材料为巴尔沙轻木，所述铝合金薄板的厚度为0.06 - 0.1mm，所述巴尔沙轻木的厚度为1.8 – 2 mm；
步骤二、采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼，制造机翼用蒙皮无需采用模压成型蒙皮，无需用热压箱和模具；
所述采用压力成型胶接蒙皮法成形机翼，具体过程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
选择一块平整的适合机翼大小的玻璃板或桌面；
Figure 918026DEST_PATH_IMAGE002
在玻璃板或桌面上装配机翼型架和机翼骨架；
所述的机翼型架为用木制层板制造的适合机翼形状大小的水平面内的一圈边框，该边框用于沿着边框周围粘接机翼骨架；
所述的机翼骨架为由多条纵横交错且互为垂直的翼肋插接而成，机翼骨架沿着机翼型架边框粘接在机翼型架上；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
分别将铝-非金属复合材料蒙皮压贴到机翼骨架的正面或反面；
所述铝-非金属复合材料蒙皮，其中的铝金属为蒙皮的外层、非金属为蒙皮的内层，具体为： 蒙皮外层的铝金属作为机翼的上表面或下表面，蒙皮内层的非金属压贴在机翼骨架上；
具体步骤如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、在机翼骨架上表面或下表面的各条翼肋上涂抹强力胶；
Figure 790168DEST_PATH_IMAGE006
、将铝-非金属复合材料蒙皮分别压贴到上表面下表面的各条翼肋上；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不锈钢钢块；
Figure 252373DEST_PATH_IMAGE008
重复过程
Figure 6702DEST_PATH_IMAGE007
，直至将机翼骨架正面或反面的蒙皮上均加压铁块或不锈钢钢块；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
将机翼骨架上下两张蒙皮的边缘处进行捏合胶接，该捏合胶接的边缘处为铁块或不锈钢块压力不到的地方；
Figure 697709DEST_PATH_IMAGE010
将成型后的机翼成品作表面处理。
2.根据权利要求1所述的一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：所述步骤二的过程
Figure 221094DEST_PATH_IMAGE002
的具体步骤如下：
Figure 119780DEST_PATH_IMAGE005
、在适合机翼大小的玻璃板或桌面上涂抹强力胶；
Figure 361405DEST_PATH_IMAGE006
、在涂抹强力胶的玻璃板或桌面上装配机翼的型架；
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、在机翼型架的边框上粘接机翼骨架；
所述的强力胶采用环氧类胶。
3.根据权利要求1所述的一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：所述步骤二的过程
Figure 839791DEST_PATH_IMAGE007
的铁块或不锈钢钢块的尺寸为：50mmx100mmx20mm，该尺寸大于机翼骨架相邻翼肋之间的距离；所述在机翼骨架每二个相邻翼肋的蒙皮上加压铁块或不锈钢钢块，具体为用二比一的方法配比翼肋和铁块或不锈钢块，也即每两个相邻翼肋上配有一个铁块或不锈钢钢块，每四个相邻翼肋上配有两个铁块或钢块。
4.根据权利要求1所述的一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：所述步骤二的过程
Figure 935792DEST_PATH_IMAGE009
的具体步骤为：机翼上下两张蒙皮的边缘捏合处用手工夹，代替铁块或不锈钢块对其进行压力捏合。
5.根据权利要求1所述的一种中小型无人机先进制造工艺方法，其特征在于：所述步骤二的过程
Figure 270959DEST_PATH_IMAGE010
的具体步骤为：采用压力成型胶接蒙皮法成形的机翼成品表面光滑，只需喷上最终用户选用漆就可以。
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