CN110789705A - 一种铝塑复合无人直升机旋翼及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种铝塑复合无人直升机旋翼，包括采用具有中空腔的铝型材制作的旋翼主体，在旋翼主体的外端固定连接有塑料桨尖，铝合金型材外端的填充有胶，胶中嵌设有配重，在靠近铝型材内端的铝型材上开设有连接通孔，上夹板和下夹板通过穿设在连接通孔和连接孔中的螺栓固定连接在旋翼主体上。一种铝塑复合无人直升机旋翼的制造方法，包括以下步骤：A：按照旋翼长度要求截取合适长度的旋翼物料；B：在铝型材外端的空腔中灌入胶，胶依然为流动态是置入配重；C：在铝型材靠近内端的上下璧上开设连接通孔D：安装上夹板、下夹板。本旋翼降低了制造和使用成本。

Description

一种铝塑复合无人直升机旋翼及制造方法

技术领域

本发明涉及无人直升机旋翼，特别涉及无人直升机用的铝塑复合旋翼及制造方法，属于飞行器技术领域。

背景技术

无人直升机目前从传统的在军事领域应用逐渐的大规模应用于商用领域。如航空拍摄、无人机植保。虽然无人机近几年的研发和规模生产使其成本降低不少，但在追求经济效益的商用领域，其价格还显得较为昂贵，这也是其无法大规模普及应用的障碍之一，所以如何降低无人机的制造和使用成本仍然是一个主题，无人机价格昂贵来自于其不可替代的发动机技术已经相关核心部件，如旋翼，目前单旋翼无人直升机上的旋翼基本采用的都是碳纤维复合旋翼，目前碳纤维复合旋翼在制作时，首先将模具清理干净，然后涂抹脱模剂，然后将裁剪好的碳纤维布在模具一层一层相互通过粘接连接至设定厚度，在再放入内夹层，由于旋翼在飞行中需要足够的离心力，所以在旋翼的生产中需要在旋翼中植入配重块来产生这种离心力，在这个过程中还要在旋翼内部放入铅块形成配重，待旋翼制作完成后铅块牢固的镶嵌在旋翼内部，这种旋翼的结构在生产中不能做到精确标准，配重的位置不精确，最后得到的旋翼重心和重量都不一致，所以每个旋翼要进行动平衡测试，目前在直升机上要求两个旋翼的重量差在2g之内，所以目前的碳纤维复合旋翼生产出后要相互配对，相互配对合格后的两个旋翼才能组合使用，不能任意替代。这种生产工艺的复杂性决定了其价格的昂贵。还有这种旋翼易损坏，在飞行失败坠机后旋翼部分很容易损坏，再次飞行的话不得不更换新的旋翼，如果损坏的是一支旋翼还需要寻找配对合适的另一支，所以目前的这种碳纤维复合旋翼不仅造成无人机的制造成本高，还造成了其维护和使用的费用高居不下，寻找碳纤维复合材料的替代旋翼是降低无人机成本的有效途径之一。

在旋翼的的制作材料方面，20世纪50年代中期以前，第1代直升机的旋翼桨叶一般是由管式钢梁、木质骨架和蒙布组成的混合式结构，但这种结构仅限于用在有人驾驶的直升机上，50年代末到60年代初的第 2代直升机旋翼广泛使用以铝合金压制梁为基本结构的金属桨叶，金属旋翼重量是一个大问题。

铝型材（铝合金型材）是一种发展成熟的材料技术，其重量轻、有一定强度，若能将铝型材旋翼经过相应技术结合应用在无人机旋翼中，则会取得突破性的技术效果。

发明内容

在本发明的目的在于克服目前无人直升机旋翼方面存在的上述问题，提供一种铝塑复合无人直升机旋翼及制造方法。

为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：一种铝塑复合无人直升机旋翼，包括采用具有中空腔的铝型材制作的旋翼主体，所述的中空腔中具有加强筋，加强筋将中空腔分割为多个子腔，在旋翼主体的外端固定连接有塑料桨尖，所述的塑料桨尖的形状按照旋翼的外端部形状制作，铝合金型材外端的一个或多个子腔中有一段儿填充有胶，胶中嵌设有配重，在靠近铝型材内端的铝型材上下表面上开设有多个连接通孔，开设连接通孔处的子腔中填充有胶，开设连接通孔前先在相应的子腔中灌入胶，胶凝固后再开设通孔，上夹板和下夹板也开始有相应的连接孔，上夹板和下夹板通过穿设在连接通孔和连接孔中的螺栓固定连接在旋翼主体上，所述的上夹板为一体结构或者上下多块叠加的分体结构，下夹板为一体结构或者上下多块叠加的结构，上夹板下表面中与铝型材接触的部分和铝型材的上表面形状相适应，下夹板上表面中与铝型材接触的部分和铝型材的下表面形状相适应。

进一步的；所述的上夹板和下夹板内端开设有桨夹连接孔，在桨夹连接孔部位的上夹板和下夹板夹设有支撑块，支撑块上也开设有连通桨夹连接孔的孔，支撑块上下对应部分的上夹板和下夹板的面为平面。

进一步的；其特征在于：所述的上夹板为多块叠加的分体结构，接触铝型材表面的板面与相应的表面形状相适应。

进一步的；所述的塑料桨尖与旋翼主体之间插接，在插接部位的旋翼主体的中空腔壁上有胶，塑料桨尖的内端插接在中空腔中后再通过胶与铝型材粘接在一起，塑料桨尖插接部位开设有相应的插接槽，加强筋位于插接槽中。

进一步的；所述的配重为钢条,所述的钢条为一根或多根，若为多根，多根钢条分布在不同的子腔中。

进一步的；所述的塑料桨尖为空心结构，在空心结构中插设有刚性连接骨架，所述的刚性连接骨架的另一端插入铝型材的中空腔中，塑料桨尖的空心结构填充有胶，刚性连接骨架通过胶固化与塑料桨尖连接为一体。

一种铝塑复合无人直升机旋翼的制造方法，所述的旋翼为上述所述的旋翼，包括以下步骤：

A：按照旋翼长度要求截取合适长度的旋翼铝型材物料，按照旋翼桨尖端的形状制作相应的塑料块，在塑料块上根据要插接的铝型材端部的加强筋位置和数量开设相应的插接槽；

B：在铝型材外端的空腔中灌入胶，然后将塑胶块插接到铝型材的空腔中；使将铝型材倾斜置放好，这时胶依然为流动态，然后从铝型材的内端的子腔中置入配重钢条，钢条在重力作用下自然滑入未凝固的的胶中，置入配重后铝型材静止不动直到胶凝固；

C：在铝型材靠近内端的上下璧上开设连接通孔，首先在要开设连接通孔部位的子腔内注入胶，注入胶后将铝型材平放，待胶凝固，胶凝固后再开设连接孔；

D：安装上夹板、下夹板，通过穿设在连接通孔中的螺栓将上夹板和下夹板固定连接在铝型材上。

本发明的积极有益技术效果在于：本旋翼研制出试验后发现完全能够满足无人机旋翼的要求，在铝型材上复合塑料桨尖后能够提高效率，（例如在某一款无人植保机上，没有塑料桨尖其起飞携药重量最多只能达到7kg；复合塑料桨尖后起飞携药重量可以达到7.5-8kg），在连接通孔处充胶有效的保证了旋翼在该处的强度（不充胶直接开孔的话该处容易遭到剪切破坏），还能使旋翼连接可靠旋翼飞行效率与目前的碳纤维复合旋翼相当，但本旋翼制作工艺简单，采用钢条进行配重整体重量，重心位置和精确度容易控制，经过制造试验，不同旋翼之间的重量差可以控制在0.3g之内，可以自由配对，在实际使用中旋翼之间的平衡性也会更好，上夹板和下夹板与铝合金面结合面全部贴合，能够有效的改善应力分布，防止桨根连接处的损坏，本旋翼的成本是目前的碳纤维复合旋翼的四分之一，在无人机上完全能够替代目前的碳纤维旋翼，起到降低制造和使用成本的目的。

附图说明

图1是本发明的旋翼的示意图。

图2是铝型材与塑料桨尖分立的示意图。

图3是本旋翼桨根部的元件分立示意图。

图4是连接通孔的开设示意图。

图5是铝型材横截面上配重的示意图。

图6是铝型材长度方向上配重的示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。

结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中个标记为：1：旋翼主体；2：塑料桨尖；3：上夹板；31；上外夹板；32：上中夹板；33：上内夹板；4：下夹板；5：支撑块；6：螺栓；7：加强筋；8：子腔；9：插接槽；10：连接通孔；11：胶；12：配重；13：桨夹连接孔；14：连通桨夹连接孔的孔。

如附图所示，一种铝塑复合无人直升机旋翼，包括采用具有中空腔的铝型材制作的旋翼主体1，所述的中空腔中具有加强筋7，加强筋将中空腔分割为多个子腔，8所示为子腔，在旋翼主体的外端固定连接有塑料桨尖2，所述的塑料桨尖的形状按照旋翼的外端部形状制作，所述的塑料桨尖2与旋翼主体2之间插接，在插接部位的旋翼主体的中空腔壁上有胶，塑料桨尖的内端插接在中空腔中后再通过胶与铝型材粘接在一起，塑料桨尖插接部位开设有相应的插接槽9，各加强筋位于相应的插接槽中。

铝合金型材外端的一个或多个子腔中有一段儿填充有胶，胶中嵌设有配重，8所示为配重，配重如图5、图6所示，配重周围的胶在图中没有示出，所述的配重为钢条，所述的钢条为多根，多根钢条分布在不同的子腔中，配重分布在不同的子腔中如图6所示。

在靠近铝型材内端的铝型材上下表面上开设有多个连接通孔，连接通孔如图中的10所示，开设连接通孔处的子腔中填充有胶，11所示为胶，开设连接通孔前先在相应的子腔中灌入胶，胶凝固后再开设通孔，上夹板3和下夹板4也开始有相应的连接孔，上夹板和下夹板通过穿设在连接通孔和连接孔中的螺栓6固定连接在旋翼主体上，所述的上夹板为一体结构或者上下多块叠加的分体结构，下夹板为一体结构或者上下多块叠加的结构，上夹板下表面中与铝型材接触的部分和铝型材的上表面形状相适应，下夹板上表面中与铝型材接触的部分和铝型材的下表面形状相适应。本实施例中，所述的上夹板3为多块叠加的分体结构，接触铝型材表面的板面与相应的表面形状相适应。图中上夹板为三块分体的结构，如图中的31、32、33所示，其中上内夹板的下表面与铝型材旋翼主体的上表面形状相适应，当旋翼的下表面为平面时，下夹板为一块即可，当下夹板表面为曲面时，下夹板可以与上夹板一样为一体或多块叠加结构。所述的上夹板和下夹板内端开设有桨夹连接孔13，在桨夹连接孔部位的上夹板和下夹板夹设有支撑块5，支撑块上也开设有连通桨夹连接孔的孔14，支撑块上下对应部分的上夹板和下夹板的面为平面。在旋翼根部与桨夹之间的连接结构设计中，最初尝试过大面积粘接的形式，经过试验结构不牢固、效果不太好， 在铝合金型材上直接打孔也试验过，但发现打孔时由于壁薄，孔的大小误差太大，而且直接打孔后破坏其整体结构、削弱根部的强度，由于旋翼根部为主要受力部位之一，所以容易损坏，而且在通孔中通过螺栓连接后容易松动，抗剪切效果好，在后续的研发中尝试灌胶凝固后打孔形成的连接孔精度高、对铝型材的根部强度影响小，而且在通孔中穿入连接螺栓紧固后不易松动，其具体机理目前并不清楚，但实验效果很好。这种上夹板、下夹板加上连接通孔处充胶的方案使铝型材上夹板、下夹板之间的连接结构可靠、一体性好，强度能够满足，不易变形，受力分布均匀，上夹板、下夹板与型材表面结合紧密、没有间隙，不会通过气流产生负面效应，连接在桨夹上后经过试验能够满足无人直升机的飞行要求。

进一步优化的，所述的塑料桨尖为空心结构，在空心结构中插设有刚性连接骨架，刚性骨架可以为钢筋，也可以为塑料棒，所述的刚性连接骨架的另一端插入铝型材的中空腔中，塑料桨尖的空心结构填充有胶，刚性连接骨架通过胶固化与塑料桨尖连接为一体。这种连接结构类似类似钢筋混凝土结构，可以增强旋翼在舞动的情况下抗剪切的能力，还可以防止离心力过大时塑料桨尖与铝型材粘接力不够的问题。这种结构很容易理解，在图中不再单独示意。

一种铝塑复合无人直升机旋翼的制造方法，所述的旋翼为上述所述的旋翼，包括以下步骤：

A：按照旋翼长度要求截取合适长度的旋翼铝型材物料，按照旋翼桨尖端的形状制作相应的塑料块，在塑料块上根据要插接的铝型材端部的加强筋位置和数量开设相应的插接槽；

B：在铝型材外端的空腔中灌入胶，然后将塑胶块插接到铝型材的空腔中；使将铝型材倾斜置放好，这时胶依然为流动态，然后从铝型材的内端的子腔总置入配重钢条，钢条在重力作用下自然滑入未凝固的的胶中，置入配重后铝型材静止不动直到胶凝固；

C：在铝型材靠近内端的上下璧上开设连接通孔，首先在要开设连接通孔部位的子腔内注入胶，注入胶后将铝型材平放，待胶凝固，胶凝固后再开设连接孔；

D：安装上夹板、下夹板，通过穿设在连接通孔中的螺栓将上夹板和下夹板固定连接在铝型材上。

上夹板和下夹板采用一体结构或者上述的多块叠加的结构。

本旋翼的铝合金型材可采用0.8-3mm壁厚的型材制作，旋翼越长，壁厚相应增厚，同一旋翼上不同部位可以有不同厚度，不同型号的旋翼可采用不同壁厚的型材。

本旋翼以1.0mm的铝型材制作的1m的 旋翼其最终重量为523g，相同规格的碳纤维复合材料的旋翼约为500g，但因为本旋翼每对之间的重量差可控制在0.3g之内，精确控制后可达到0.1g，所以其工作时的平衡性更好，虽然较碳纤维复合旋翼稍重，但整体效率相当。

但其成本只有碳纤维复合旋翼的四分之一。

在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (7)

1.一种铝塑复合无人直升机旋翼，包括采用具有中空腔的铝型材制作的旋翼主体，其特征在于：所述的中空腔中具有加强筋，加强筋将中空腔分割为多个子腔，在旋翼主体的外端固定连接有塑料桨尖，所述的塑料桨尖的形状按照旋翼的外端部形状制作，铝合金型材外端的一个或多个子腔中有一段儿填充有胶，胶中嵌设有配重，在靠近铝型材内端的铝型材上下表面上开设有多个连接通孔，开设连接通孔处的子腔中填充有胶，开设连接通孔前先在相应的子腔中灌入胶，胶凝固后再开设通孔，上夹板和下夹板也开始有相应的连接孔，上夹板和下夹板通过穿设在连接通孔和连接孔中的螺栓固定连接在旋翼主体上，所述的上夹板为一体结构或者上下多块叠加的分体结构，下夹板为一体结构或者上下多块叠加的结构，上夹板下表面中与铝型材接触的部分和铝型材的上表面形状相适应，下夹板上表面中与铝型材接触的部分和铝型材的下表面形状相适应。

2.根据权利要求1所述的一种铝塑复合无人直升机旋翼，其特征在于：所述的上夹板和下夹板内端开设有桨夹连接孔，在桨夹连接孔部位的上夹板和下夹板夹设有支撑块，支撑块上也开设有连通桨夹连接孔的孔，支撑块上下对应部分的上夹板和下夹板的面为平面。

3.根据权利要求1所述的一种铝塑复合无人直升机旋翼，其特征在于：其特征在于：所述的上夹板为多块叠加的分体结构，接触铝型材表面的板面与相应的表面形状相适应。

4.根据权利要求1所述的一种铝塑复合无人直升机旋翼，其特征在于：所述的塑料桨尖与旋翼主体之间插接，在插接部位的旋翼主体的中空腔壁上有胶，塑料桨尖的内端插接在中空腔中后再通过胶与铝型材粘接在一起，塑料桨尖插接部位开设有相应的插接槽，加强筋位于插接槽中。

5.根据权利要求1所述的一种铝塑复合无人直升机旋翼，其特征在于：所述的配重为钢条,所述的钢条为一根或多根，若为多根，多根钢条分布在不同的子腔中。

6.根据权利要求1所述的一种铝塑复合无人直升机旋翼，其特征在于：所述的塑料桨尖为空心结构，在空心结构中插设有刚性连接骨架，所述的刚性连接骨架的另一端插入铝型材的中空腔中，塑料桨尖的空心结构填充有胶，刚性连接骨架通过胶固化与塑料桨尖连接为一体。

7.一种铝塑复合无人直升机旋翼的制造方法，所述的旋翼为权利要求1-6任一权利要求所述的旋翼，其特征在于包括以下步骤：

A：按照旋翼长度要求截取合适长度的旋翼铝型材物料，按照旋翼桨尖端的形状制作相应的塑料块，在塑料块上根据要插接的铝型材端部的加强筋位置和数量开设相应的插接槽；

B：在铝型材外端的空腔中灌入胶，然后将塑胶块插接到铝型材的空腔中；使将铝型材倾斜置放好，这时胶依然为流动态，然后从铝型材的内端的子腔中置入配重钢条，钢条在重力作用下自然滑入未凝固的的胶中，置入配重后铝型材静止不动直到胶凝固；

C：在铝型材靠近内端的上下璧上开设连接通孔，首先在要开设连接通孔部位的子腔内注入胶，注入胶后将铝型材平放，待胶凝固，胶凝固后再开设连接孔；

D：安装上夹板、下夹板，通过穿设在连接通孔中的螺栓将上夹板和下夹板固定连接在铝型材上。

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