CN108622371A - 一种无人机复合材料方向舵及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机复合材料方向舵及制备方法，方向舵主体和底部肋盒上埋入单耳螺母，上下轴座通过六角头螺栓和方向舵相连，锁线穿过六角螺栓端头保险孔，防止螺栓松动，上下轴座直接连接在垂尾安定面的轴承处；支架接头压入铜衬套后，直接铆接在方向舵中部前缘前梁上，支架接头通过拉杆和舵机连接。本申请的无人机方向舵使用高比强度、高比模量碳纤维复合材料一体成型，易于装配，减轻方向舵整体重量，两端转轴使用合金钢，中部支架处使用铜衬套具有耐磨的优点，转轴通过螺栓和方向舵主体连接便于更换和维修，螺栓上带有保险孔和锁线配合，在飞行中飞机振动或晃动时可以防止螺栓松动或脱落，造成方向舵卡顿或脱落。

Description

一种无人机复合材料方向舵及制备方法

技术领域

本发明涉及飞机制造技术领域，具体为一种无人机复合材料方向舵及制备方法。

背景技术

无人机方向舵是指在垂直尾翼上为实现无人机航向操纵的可活动的翼面部分。一般通过铰链连接在垂尾安定面后部，可以通过调节舵机转角，操纵方向舵左右偏转，从而控制无人机航向。方向舵一般安装在固定垂尾尾翼上，尾翼位于整体无人机后部，垂尾重量关系整体机身重心，方向舵作为垂尾一部分，同时方向舵作为活动翼面，转轴需要耐磨，本发明设计的无人机方向舵使用高比强度、高比模量碳纤维复合材料一体成型，易于装配，减轻方向舵整体重量；两端转轴使用合金钢，中部支架处使用铜衬套具有耐磨的优点；转轴通过螺栓和方向舵主体连接便于更换；螺栓上带有保险孔和锁线配合，在飞行中飞机振动或晃动时防止螺栓松动或脱落，造成方向舵卡顿或脱落。本发明具有重量轻、强度高、结构可靠性好、主体一体成型、易于装配、便于更换和保养等优点。

基于此，做出本申请案。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、重量轻、强度高、主体一体成型、易于装配、更换和保养的方向舵并提供制备方法，具体为一种无人机复合材料方向舵及制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种无人机复合材料方向舵，其包含方向舵主体、上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋、下部后段肋、上轴座、下轴座、支架、单耳螺母、六角头螺栓和锁线；

上部肋设置在方向舵主体前后梁的顶部，用于密封方向舵顶端，并增加方向舵主体结构强度；

两个中部前缘肋设置方向舵主体前缘支架开口左右两侧，用于密封前缘开口；

中部中段肋和中部后段肋设置在方向舵主体中部前梁前和前后梁之间，用于支撑支架，并增加方向舵主体的结构强度。

下部前缘肋、下部中段肋和下部后段肋设置在方向舵主体底部前梁前、前后梁支架和后梁后，密封方向舵底端，并增加方向舵主体结构强度，同时下部前缘肋和下部中段肋的加厚区用于设置单耳螺母。

上轴座通过六角头螺栓拧入方向舵主体顶部埋入的单耳螺母上；

下轴座也通过六角头螺栓拧入方向舵主体下部埋入的单耳螺母上。

压入衬套压入支架，支架通过铆钉安装在方向舵主体中部前缘开口处。

锁线穿过六角螺栓端头保险孔，防止螺栓松动。

其制造过程和制备方法如下：

(1)制备方向舵主体：方向舵主体为蒙皮和前后梁一体成型，使用碳纤预浸料铺层结构，使用组合硅胶模制备，即外金属模具表面和硅胶芯模。方向舵主体成型主要利用外金属模具拧紧螺栓和硅胶加热膨胀力加压成型；先外金属模具表面和硅胶芯模表面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作；铺层时先在硅胶芯上铺放碳纤维预浸布，再在外金属模具铺放碳纤维预浸料，放入硅胶芯模后，铺放另外一面碳纤维预浸料后合模，最后放入热压罐中进行固化，固化结束后，打开外金属模具，抽出芯模，切边修型；

(2)制备肋盒：上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋和下部后段肋肋盒，均使用碳纤预浸料铺层结构，使用金属阴模成型；先在金属芯模上铺放碳纤预浸料后，再铺放隔离膜、透气毡和真空袋后，抽真空加压，最后入热压罐固化成型。成型后切边修型；

(3)制备金属件：上轴座、下轴座、支架和单耳螺母均通过机加成型；其中上轴座、下轴座和单耳螺母均采用30CrMnSiA合金钢；支架采用航空7050或7075铝合金；

(4)装配单耳螺母：使用抽芯铆钉将单耳螺母安装在方向舵主体顶部、下部前缘肋和下部中段肋设置加厚区；

(5)装配肋盒：上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋、下部后段肋肋盒均通过胶接的方式粘接到方向舵主体上；

(6)装配上下轴座和支架：上轴座和下轴座均通过六角头螺栓连接到方向舵主体埋入的单耳螺母上，六角头螺栓连接后，在螺栓顶部孔中安装索线，防止螺栓松动或脱落，上下轴座晃动或脱落；支架为了防支架磨损，支架接头处压入耐磨的铜衬套，压入衬套后支架通过抽芯铆钉连接到方向舵主体前缘中部。

进一步的，作为下上轴座用于连接到垂尾轴承处，上下轴座的大小和外形可根据连接的轴承进行更改；支架用于方向舵和舵机的连接，支架的结构和形式可根据舵面要求的开度和舵机转角进行调整和更改以符合要求。舵面的外形也可根据垂尾外形和要求进行调整。

本申请一种无人机复合材料方向舵及制备方法主要是一种无人机舵面设计和制造方法，主要由方向舵主体、肋盒(包括上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋、下部后段肋)、上下轴座和支架组成。方向舵主体和肋盒均是碳纤维复合材料，强度好重量轻。上下轴座因转动需耐磨性好，强度高，为防止接头轴变形，舵面左右转动时卡死，因此接头均使用高硬度30CrMnSiA硬质合金钢，上下轴座因需要和垂尾上的轴承配合，上下轴座的中段轴均使用h6公差。支架使用航空7050或7075铝合金，重量轻、强度好，支架接头处压入衬套，衬套为铜衬套，铜衬套耐磨性好，而且便于更换。连接使用的铆钉和螺栓，压入衬套均选用标准件，这样便于购买。

本发明的工作原理是：在方向舵主体和底部肋盒上埋入单耳螺母，上下轴座通过六角头螺栓和方向舵相连，锁线穿过六角螺栓端头保险孔，防止螺栓松动，上下轴座直接连接在垂尾安定面的轴承处；支架接头压入铜衬套后，直接铆接在方向舵中部前缘前梁上，支架接头通过拉杆和舵机连接，舵机转动就可以带动方向舵左右转动。需要更换上下轴座时，剪开锁线，拧开螺栓即可。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种无人机复合材料方向舵及制备方法，所述的采用共固化一体成型工艺制备，即方向舵蒙皮和前后梁一起固化成型，减少了生产和装配工序；

(2)本发明的一种无人机复合材料方向舵及制备方法，方向舵主体、肋盒和金属件都是单独成型，最后用螺栓或者铆钉装配在一起，可以并行生产，简化了制作流程，缩短了制作周期；

(3)本发明的一种无人机复合材料方向舵及制备方法，上下轴座通过螺栓和方向舵主体连接，便于更换。

本发明的优点是：无人机方向舵主体使用高比强度、高比模量碳纤维复合材料一体成型，易于装配，减轻方向舵整体重量，两端转轴使用合金钢，中部支架处使用铜衬套具有耐磨的优点，转轴通过螺栓和方向舵主体连接便于更换和维修，螺栓上带有保险孔和锁线配合，在飞行中飞机振动或晃动时可以防止螺栓松动或脱落，造成方向舵卡顿或脱落。

附图说明

图1方向舵结构示意图

图2方向舵剖面示意图；

图3上轴座连接示意图；

图4下轴座连接示意图；

图5螺母连接示意图；

图中标号：1方向舵；2上部肋；3中部前缘肋；4中部中段肋；5中部后段肋；6下部前缘肋；7下部中段肋；8下部后段肋；9上轴座；10下轴座；11支架；12单耳螺母；13六角头螺栓；14锁线组成。

具体实施方式

实施例1

本实施例一种无人机复合材料方向舵及制备方法，主要由方向舵主体1、上部肋2、中部前缘肋3、中部中段肋4、中部后段肋5、下部前缘肋6、下部中段肋7、下部后段肋8、上轴座9、下轴座10、支架11、单耳螺母12、六角头螺栓(带A型保险孔(HB0-9-83))13和锁线14组成，详见图1-2。方向舵主体1通过共固化一体成型，主要有蒙皮和前后梁，前后梁顶部带翻边，下部开敞(详见图2)。前后梁顶部翻边是为了安装上部肋2，前梁顶部加厚区翻边是用于埋入单耳螺母；方向舵下部开敞是为了便于顶部单耳螺母安装，同时为了便于安装中部和下部肋盒。上部肋2安装在方向舵主体1前后梁的顶部，用于密封方向舵顶端，并增加方向舵主体结构强度。两个中部前缘肋3安装方向舵主体1前缘支架11开口左右两侧，用于密封前缘开口。中部中段肋4和中部后段肋5安装在方向舵主体1中部前梁前和前后梁之间，用于支撑支架4，并增加方向舵主体1的结构强度。下部前缘肋6、下部中段肋7和下部后段肋8安装在方向舵主体1底部前梁前、前后梁支架和后梁后，密封方向舵底端，并增加方向舵主体1结构强度，同时下部前缘肋6和下部中段肋7加厚区也用于埋入单耳螺母12。上轴座9通过六角头螺栓13拧入方向舵主体1顶部埋入的单耳螺母12上；下轴座10也通过六角头螺栓13拧入方向舵主体1下部埋入的单耳螺母上。支架11压入衬套HB3-13TA5×7×3后，通过沉头抽芯铆钉ASNA0077安装在方向舵主体1中部前缘开口处。

其制造过程和制备方法如下：

1)制备方向舵主体1：方向舵主体为蒙皮和前后梁一体成型，使用碳纤预浸料铺层结构，使用组合硅胶模制备，即外金属模具表面和硅胶芯模。方向舵主体成型主要利用外金属模具拧紧螺栓和硅胶加热膨胀力加压成型。先外金属模具表面和硅胶芯模表面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作。铺层时先在硅胶芯上铺放碳纤维预浸布，再在外金属模具铺放碳纤维预浸料，放入硅胶芯模后，铺放另外一面碳纤维预浸料后合模，最后放入热压罐中进行固化，固化结束后，打开外金属模具，抽出芯模，切边修型；

2)制备肋盒：上部肋2、中部前缘肋3、中部中段肋4、中部后段肋5、下部前缘肋6、下部中段肋7和下部后段肋8肋盒，均使用碳纤预浸料铺层结构，使用金属阴模成型。先在金属芯模上铺放碳纤预浸料后，再铺放隔离膜、透气毡和真空袋后，抽真空加压，最后入热压罐固化成型。成型后切边修型；

3)制备金属件：上轴座9、下轴座10、支架11和单耳螺母12均通过机加成型。其中上轴座9、下轴座10和单耳螺母12均采用30CrMnSiA合金钢；支架采用航空7050或7075铝合金；

4)装配单耳螺母：使用抽芯铆钉将单耳螺母安装在方向舵主体1顶部、下部前缘肋6和下部中段肋7加厚区，详见图5；

5)装配肋盒：上部肋2、中部前缘肋3、中部中段肋4、中部后段肋5、下部前缘肋6、下部中段肋7、下部后段肋8肋盒均通过胶接的方式粘接到方向舵主体1上，详见图2；胶接使用J-241室温固化结构胶粘剂，可以根据实际环境要求调整。

6)装配上下轴座和支架：上轴座9和下轴座10均通过六角头螺栓13连接到方向舵主体埋入的单耳螺母上，六角头螺栓13连接后，在螺栓顶部孔中安装索线14，防止螺栓松动或脱落，上下轴座晃动或脱落，详见图3和图4。为了防支架11磨损，支架11接头处压入耐磨的铜衬套HB3-13TA5×7×3，压入衬套后支架11通过抽芯沉头铆钉ASNA0077连接到方向舵主体1前缘中部。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无人机复合材料方向舵，其特征在于，其包含方向舵主体、上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋、下部后段肋、上轴座、下轴座、支架、单耳螺母以及六角头螺栓；

上部肋设置在方向舵主体前后梁的顶部；

两个中部前缘肋设置方向舵主体前缘支架开口左右两侧；

中部中段肋和中部后段肋设置在方向舵主体中部前梁前和前后梁之间；

下部前缘肋、下部中段肋和下部后段肋设置在方向舵主体底部前梁前、前后梁支架和后梁后，密封方向舵底端，同时下部前缘肋和下部中段肋的加厚区用于设置单耳螺母。

2.如权利要求1所述的一种无人机复合材料方向舵，其特征在于，上轴座通过六角头螺栓拧入方向舵主体顶部埋入的单耳螺母上。

3.如权利要求1所述的一种无人机复合材料方向舵，其特征在于，下轴座也通过六角头螺栓拧入方向舵主体下部埋入的单耳螺母上。

4.如权利要求1所述的一种无人机复合材料方向舵，其特征在于，压入衬套压入支架，支架通过铆钉安装在方向舵主体中部前缘开口处。

5.如权利要求1所述的一种无人机复合材料方向舵，其特征在于，锁线穿过六角螺栓端头保险孔。

6.如权利要求1所述的一种无人机复合材料方向舵的制备方法，其特征在于，其制造过程如下：

(1)制备方向舵主体：方向舵主体为蒙皮和前后梁一体成型，使用碳纤预浸料铺层结构，使用组合硅胶模制备，即外金属模具表面和硅胶芯模。方向舵主体成型主要利用外金属模具拧紧螺栓和硅胶加热膨胀力加压成型；先外金属模具表面和硅胶芯模表面上涂抹脱模剂，并在脱模剂挥发干燥后开始铺层操作；铺层时先在硅胶芯上铺放碳纤维预浸布，再在外金属模具铺放碳纤维预浸料，放入硅胶芯模后，铺放另外一面碳纤维预浸料后合模，最后放入热压罐中进行固化，固化结束后，打开外金属模具，抽出芯模，切边修型；

(2)制备肋盒：上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋和下部后段肋肋盒，均使用碳纤预浸料铺层结构，使用金属阴模成型；先在金属芯模上铺放碳纤预浸料后，再铺放隔离膜、透气毡和真空袋后，抽真空加压，最后入热压罐固化成型。成型后切边修型；

(3)制备金属件：上轴座、下轴座、支架和单耳螺母均通过机加成型；其中上轴座、下轴座和单耳螺母均采用30CrMnSiA合金钢；支架采用航空7050或7075铝合金；

(4)装配单耳螺母：使用抽芯铆钉将单耳螺母安装在方向舵主体顶部、下部前缘肋和下部中段肋设置加厚区；

(5)装配肋盒：上部肋、中部前缘肋、中部中段肋、中部后段肋、下部前缘肋、下部中段肋和下部后段肋肋盒均通过胶接的方式粘接到方向舵主体上；

(6)装配上下轴座和支架：上轴座和下轴座均通过六角头螺栓连接到方向舵主体埋入的单耳螺母上，六角头螺栓连接后，在螺栓顶部孔中安装索线，防止螺栓松动或脱落，上下轴座晃动或脱落；支架为了防支架磨损，支架接头处压入耐磨的铜衬套，压入衬套后支架通过抽芯铆钉连接到方向舵主体前缘中部。