CN112519266A - 无人机机翼成型方法 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种无人机机翼成型方法及无人机机翼，所述无人机机翼成型方法包括切割一泡沫块材以形成一内衬模型，并且根据所述内衬模型获得上模具及下模具；使用薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，以进行预合模；裁剪所述薄膜；在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料；将铺设有所述机翼蒙皮材料的所述薄膜分别放置在对应的所述上模具及所述下模具与所述内衬模型之间，以进行合模；将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品；及移除所述上模具、所述下模具及所述薄膜，以取出所述机翼产品。

Description

无人机机翼成型方法
技术领域
本申请涉及机翼成型技术领域，具体涉及一种无人机机翼成型方法及无人机机翼。
背景技术
无人机技术是从第一次世界大战开始陆续研发，但当时主要是军事用途，经过多年技术的发展，无人机的应用范围已经扩散到科研、政府、商业活动、个人消费品及物流行业。无人机可分为固定翼无人机、多旋翼无人机、直升机无人机和扑翼无人机等。其中中大型(一般指起飞重量大于25kg)多为固定翼无人机和直升机无人机。其中固定翼无人机结构研发成本高居不下一直是困扰广大无人机研发团队的一项难题。
固定翼无人机的机翼、尾翼作为其重要的结构部件，其前期结构研发成本占整机结构研发成本的30％-40％，而与此同时某一部件的整体生产成本中，前期金属模具的制造成本占生产总成本的60％左右。在前期研发阶段如若翼型或结构有所更改，会直接导致模具的报废或返修，这也无形中增加结构研发的风险负担。
现有方法对于无人机机翼(特别是复合材料的机翼)会面临到前期研发金属模具制造成本高昂及金属模具更改维修成本过高，因此降低无人机机翼研发成本是一项刻不容缓的重要工作。
为了克服现有方法存在的问题，需要一种无人机机翼成型方法。
发明内容
本申请实施例提供一种无人机机翼成型方法及无人机机翼，通过模内喷涂模外成型的技术来产出机翼产品，可以大幅降低模具成本。此外，模内喷涂模外成型技术，可以省去对金属模具重制/修整/维修的成本。
第一方面，本申请实施例提供了一种无人机机翼成型方法，包括：
切割一泡沫块材以形成一内衬模型，并且根据所述内衬模型获得上模具及下模具；
使用薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，以进行预合模；
裁剪所述薄膜；
在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料；
将铺设有所述机翼蒙皮材料的所述薄膜分别放置在对应的所述上模具及所述下模具与所述内衬模型之间，以进行合模；
将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品；及
移除所述上模具、所述下模具及所述薄膜，以取出所述机翼产品。
在一些实施方式中，使用所述薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，进行预合模，包括：
使用胶粘剂接合所述内衬模型与翼肋；及
压实已预合模的所述上模具、所述内衬模型及所述下模具。
在一些实施方式中，裁剪所述薄膜，还包括：
清洁所述薄膜表面，并对所述薄膜表面进行脱膜处理；及
喷涂漆料在所述薄膜表面上，并且固化所述漆料。
在一些实施方式中，在处理后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料，包括：
在处理后的所述薄膜表面上涂布树脂，并且依次铺设机翼蒙皮材料；及
固化所述树脂。
在一些实施方式中，所述机翼蒙皮材料至少包括碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种。
在一些实施方式中，在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料，还包括：
将翼梁放置到所述内衬模型中；及
设置蒙皮强化材料及舵面铰链于所述薄膜表面的相应位置。
在一些实施方式中，将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品，包括：
将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空袋中进行抽真空压实；及
在所需的温度条件下固化所述内衬模型。
在一些实施方式中，所述无人机机翼成型方法，还包括：修整所述机翼产品，包括：去除所述机翼产品表面的毛边，并且打磨所述机翼产品的边缘。
在一些实施方式中，还包括：将所述翼肋接合在所述内衬模型的两端。
在一些实施方式中，在所需的温度条件下固化所述内衬模型，包括：
将所述真空袋放入烘箱中来进行固化。
第二方面，本申请实施例提供了一种无人机机翼，包括：
内衬模型，包括上翼面及下翼面；及
机翼蒙皮，包覆所述内衬模型，所述机翼蒙皮包括上蒙皮及下蒙皮，其中所述上蒙皮设置于所述上翼面，所述下蒙皮设置于所述下翼面。
在一些实施方式中，所述内衬模型是由一泡沫块材所制成。
在一些实施方式中，所述无人机机翼还包括：多个翼肋，间隔设置于所述上蒙皮与所述下蒙皮之间，且所述多个翼肋连接所述内衬模型。
在一些实施方式中，所述无人机机翼还包括：翼梁，设置于所述内衬模型的凹槽中，所述凹槽位于所述上翼面及所述下翼面之间。
在一些实施方式中，所述机翼蒙皮包括碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种。
本申请实施例通过切割泡沫块材来产出机翼产品(即无人机机翼)的内衬模型(芯材)，进而得到理想的机翼翼型，并且根据内衬模型获得成型用的模具(上模具及下模具)。通过设置在机翼蒙皮材料与上模具及下模具之间的薄膜(例如聚酯薄膜)及分次固化可以避免机翼产品的表面产生缺陷。因为泡沫材料可以进行微调修整，藉此可以避免对模具(特别是金属模具)进行重制/修整/维修的步骤及相关成本。此外，泡沫材料作为机翼产品的内衬模型(芯材)更可以让机翼产品有更轻的结构重量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的无人机机翼成型方法的步骤流程图；
图2是本申请实施例提供的无人机机翼成型方法的工艺技术各站点的流程示意图；
图3是本申请实施例中切割泡沫块材后形成的内衬模型的示意图；
图4是本申请实施例中所使用的翼肋的示意图；
图5是本申请实施例中合模示意图；
图6是本申请实施例提供的无人机机翼的剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1至图5，图1是本申请实施例提供的无人机机翼成型方法的步骤流程图，图2是本申请实施例提供的无人机机翼成型方法的工艺技术各站点的流程示意图，图3是本申请实施例中切割泡沫块材后形成的内衬模型的示意图，图4是本申请实施例中所使用的翼肋的示意图，图5是本申请实施例中合模示意图。
如图1所示，所述无人机机翼成型方法，可以包括：
步骤S110、切割一泡沫块材以形成一内衬模型，并且根据所述内衬模型获得上模具及下模具。步骤S110可以通过数控电热丝来切割所述泡沫块材，使得所述内衬模型可以具有更理想的翼面翼型。再利用所述内衬模型来制作所述上模具及所述下模具，可以避免对所述上模具及所述下模具进行修整。此外，制作所述上模具及所述下模具之前，若有需要还可以微调(例如使用手动工具、电动工具、风动工具或其它合适的工具进行细部修整)所述内衬模型，这样可以减少重制所述上模具及所述下模具的情况及成本。此外，所述泡沫块材的材料可以是XPS泡沫或其它合适的材料。
步骤S120、使用薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，以进行预合模。其中，所述薄膜可以避免机翼产品产生缺陷，所述薄膜可以是聚酯薄膜或是其它具有相似特性的薄膜。而在步骤S120中可以包括：使用胶粘剂(例如环氧树脂或是其它具有相似特性的材料)接合所述内衬模型与翼肋；及压实已预合模的所述上模具、所述内衬模型及所述下模具。这样一来，可以使所述薄膜更全面地与所述上模具、所述内衬模型及所述下模具的表面接触。其中，使用胶粘剂将所述翼肋接合在所述内衬模型的两端，藉此增加所述内衬模型的结构强度。此外，胶粘剂也常被称为结构胶或相似的名称。
步骤S130、裁剪所述薄膜。步骤S130还可以包括：清洁所述薄膜表面，并对所述薄膜表面进行脱膜处理；及喷涂漆料在所述薄膜表面上，并且固化所述漆料。其中可以通过酒精或其它合适的液体擦拭所述薄膜表面，并且使用脱膜蜡对所述薄膜表面进行脱膜处理，以利于后续步骤的进行。
步骤S140、在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料。步骤S140可以包括在裁剪后的所述薄膜表面上涂布树脂，并且依次铺设机翼蒙皮材料；及固化所述树脂。其中，所述机翼蒙皮材料至少包括碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种，例如堆叠4层玻璃纤维布、1层玻璃纤维网管、一层碳纤维布及一层碳纤维丝束等机翼蒙皮材料。应当理解的是，所述机翼蒙皮材料可以依照不同的设计需求来选用或组合。此外，所述树脂可以使各层机翼蒙皮材料彼此连接，所述树脂可以是稀环氧树脂或是其它具有相似功效的材料。在步骤S140中，还可以包括将翼梁放置到所述内衬模型中；及设置蒙皮强化材料及舵面铰链于所述薄膜表面的相应位置。其中所述翼梁大体上横贯所述内衬模型，藉由所述翼梁可以强化机翼产品的结构强度。而所述舵面铰链是在机翼和舵面之间起连接作用的一种装置，用来在飞行时控制机翼产品的俯仰角度，使飞机/无人机产生不同程度的升力或阻力。
步骤S150、将铺设有所述机翼蒙皮材料的所述薄膜分别放置在对应的所述上模具及所述下模具与所述内衬模型之间，以进行合模。此外，前述预合模与合模的差异在于，预合模时所述薄膜(例如聚酯薄膜)与内衬模型之间并无放置所述蒙皮材料。
步骤S160、将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品。步骤S160可以包括将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空袋中进行抽真空压实；及在所需的温度条件下固化所述内衬模型。其中，在所需的温度条件下固化所述内衬模型可以包括：将所述真空袋放入烘箱中来进行固化。通过步骤S140固化所述树脂，再通过步骤S160来固化所述内衬模型，可以避免所述机翼产品的表面产生缺陷(例如气泡等)。
步骤S170、移除所述上模具、所述下模具及所述薄膜，以取出所述机翼产品。
步骤S180、修整所述机翼产品，包括：去除所述机翼产品表面的毛边，并且打磨所述机翼产品的边缘。在步骤S180中，可以使用手动工具、电动工具、风动工具或其它合适的工具来修整所述机翼产品。
在实际生产的工艺技术中，前述步骤S110至步骤S180可以分别通过多个站点来完成。如图2所示，工艺技术各站点可以包括：泡沫切割110、泡沫准备120、材料准备130、模具表面层准备140、喷漆150、铺层160、合模170、固化180、起模190、切割修整200。
在泡沫切割110的站点，使用数控泡沫切割机或数控电热丝对泡沫块材进行加工，进而形成内衬模型。其中所述泡沫块材的材料为XPS泡沫。应当理解的是，加工过程中可以保留60-80mm的加工余量。如图3所示，内衬模型300包括上翼面301、下翼面302、两个端面303、304以及用于容置翼梁的凹槽305。在泡沫切割110这个站点中，如果有需要还可以对内衬模型300进行微调来获得更为理想的上翼面301及下翼面302。
回到图2，在泡沫准备120的站点，先利用胶粘剂(例如环氧树脂)将翼肋400连接在加工好的内衬模型300的两个端面303、304，如图4所示，其中翼肋400的形状对应于的两个端面303、304的形状，所述翼肋400可以由玻璃纤维或其它合适的材料所制成。随后，使用聚酯薄膜隔离内衬模型与上模具及下模具，以进行预合模。预合模后可以通过重物或其它可行的方式，将上模具、内衬模型及下模具压实。
回到图2，而在材料准备130的站点，可以依照按铺层160的站点的要求准备所需的机翼蒙皮材料，并且依要求排列各层机翼蒙皮材料。机翼蒙皮材料可以从玻璃纤维布、碳纤维单向带、凯夫拉纤维布、玻璃纤维网管、碳纤维布、碳纤维丝束中选择一个或多个。
在模具表面层准备140的站点，按照上翼面、下翼面的大小裁剪合适尺寸的聚酯薄膜，可以在翼尖部和翼根部余量为60mm。随后使用酒精擦拭聚酯薄膜表面，并使用脱模蜡对聚酯薄膜表面进行处理。
在喷漆150的站点，喷涂漆料在模具表面层准备140的站点处理好的聚酯薄膜上。漆料的配比可以依照现有的喷漆技术进行调制，例如漆料90g：固化剂30g：水9g，应当理解的是，漆料的配比的要求可能会依环境、漆料供应商或其它细节而进行调整。喷涂漆料完毕后，按漆料固化要求进行固化备用。
在铺层160的站点，将来自喷漆150的站点的聚酯薄膜上均匀涂抹一层稀环氧树脂，按照设计要求依次在聚酯薄膜上铺设机翼蒙皮材料，随后依树脂固化程序进行固化。应当理解的是，可以在特定位置，例如机翼产品的前缘，铺设蒙皮强化材料，进一步强化机翼产品的结构强度。在铺层160的站点中，还可以将翼梁放置到内衬模型300的凹槽305中，并且相应位置设置舵面铰链。
在合模170的站点中，将来自铺层160的站点已经固化的聚酯薄膜分别放置到对应的上模具501及下模具502，并使用胶带固定，如图5所示。然后，将内衬模型300先放置在上模具501上，再将下模具502与上模具501合模。应当理解的是，内衬模型300也可先放置在下模具502，再将上模具501与下模具502合模。如图5所示，即将上模具501、内衬模型300及下模具502组合并且固定，以进行后续工艺。为了让图式清晰，图5中并未绘示聚酯薄膜及依次铺设在聚酯薄膜上的机翼蒙皮材料。
回到图2，在固化180的站点中，将合模之后的上模具501、内衬模型300及下模具502放入真空袋中进行抽真空压实，并且放入烘箱中以50℃持续6小时进行固化，以形成机翼产品。
在起模190的站点，移除上模具501、下模具502及聚酯薄膜，以取出所述机翼产品。
在切割修整200的站点，使用风动工具来去除所述机翼产品表面的毛边，并且打磨所述机翼产品的边缘。
请参阅图6，图6是本申请实施例提供的无人机机翼的剖面示意图。图6是利用前述本申请实施例所提供的无人机机翼成型方法或工艺技术流程所完成的无人机机翼。相关的步骤及工艺技术各站点的流程等细节在此不再赘述。如图6所示，本申请实施例所提的无人机机翼600包括：内衬模型610及机翼蒙皮620。
所述内衬模型610包括有上翼面611、下翼面612、凹槽613及端面(图6中未标示)。所述内衬模型610是由一泡沫块材所制成，所述泡沫块材可以是XPS泡沫或其它合适的材料。
所述机翼蒙皮620包覆所述内衬模型610，所述机翼蒙皮620包括上蒙皮622及下蒙皮624，其中所述上蒙皮622设置于所述上翼面611，所述下蒙皮624设置于所述下翼面612。所述机翼蒙皮620包括：碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种。即所述机翼蒙皮材料可以选自碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、玻璃纤维网管或其组合。例如，所述机翼蒙皮由玻璃纤维布、碳纤维单向带、凯夫拉纤维布、玻璃纤维网管、碳纤维布及碳纤维丝束叠合而成。
所述无人机机翼600还可以包括：多个翼肋(图6中未标示)及翼梁615。所述多个翼肋间隔设置于所述上蒙皮622与所述下蒙皮624之间，且所述多个翼肋连接所述内衬模型610。例如，通过胶粘剂将翼肋接合在所述内衬模型610的端面，其中所述端面可以参照上述图3及图4。所述翼肋的形状对应于所述内衬模型610的所述端面的形状，并且所述翼肋可以由玻璃纤维或其它合适的材料所制成。所述翼梁615设置于所述内衬模型610的凹槽613中，所述凹槽613位于所述上翼面及所述下翼面之间。如图6所示，所述凹槽613可以位于所述内衬模型610的中段，应当理解的是，所述凹槽613也可以位于所述内衬模型610的前段或后段。所述多个翼肋及所述翼梁615的设置可以增加所述无人机机翼600结构强度。
本申请实施例所提供的无人机机翼成型方法及无人机机翼，可以获得理想的机翼翼型及成型用的模具(上模具及下模具)。通过设置在机翼蒙皮材料与上模具及下模具之间的薄膜(例如聚酯薄膜)及分次固化可以避免机翼产品(即无人机机翼)的表面产生缺陷。因为泡沫材料可以进行微调修整，藉此可以避免对模具(特别是金属模具)进行重制/修整/维修的步骤及相关成本。此外，泡沫材料作为机翼产品的内衬模型(芯材)更可以让机翼产品有更轻的结构重量。
以上对本申请实施例所提供的一种无人机机翼成型方法及无人机机翼进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (15)

1.一种无人机机翼成型方法，其特征在于，包括：
切割一泡沫块材以形成一内衬模型，并且根据所述内衬模型获得上模具及下模具；
使用薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，以进行预合模；
裁剪所述薄膜；
在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料；
将铺设有所述机翼蒙皮材料的所述薄膜分别放置在对应的所述上模具及所述下模具与所述内衬模型之间，以进行合模；
将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品；及
移除所述上模具、所述下模具及所述薄膜，以取出所述机翼产品。
2.根据权利要求1所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，使用所述薄膜隔离所述内衬模型与所述上模具及所述下模具，进行预合模，包括：
使用胶粘剂接合所述内衬模型与翼肋；及
压实已预合模的所述上模具、所述内衬模型及所述下模具。
3.根据权利要求1所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，裁剪所述薄膜，还包括：
清洁所述薄膜表面，并对所述薄膜表面进行脱膜处理；及
喷涂漆料在所述薄膜表面上，并且固化所述漆料。
4.根据权利要求1所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料，包括：
在裁剪后的所述薄膜表面上涂布树脂，并且依次铺设机翼蒙皮材料；及
固化所述树脂。
5.根据权利要求4所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，所述机翼蒙皮材料包括碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，在裁剪后的所述薄膜表面上铺设机翼蒙皮材料，还包括：
将翼梁放置到所述内衬模型中；及
设置蒙皮强化材料及舵面铰链于所述薄膜表面的相应位置。
7.根据权利要求1所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空环境中，并且固化所述内衬模型，以形成机翼产品，包括：
将所述上模具、所述内衬模型及所述下模具放入真空袋中进行抽真空压实；及
在所需的温度条件下固化所述内衬模型。
8.根据权利要求1所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，还包括：修整所述机翼产品，包括：去除所述机翼产品表面的毛边，并且打磨所述机翼产品的边缘。
9.根据权利要求2所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，还包括：将所述翼肋接合在所述内衬模型的两端。
10.根据权利要求7所述的无人机机翼成型方法，其特征在于，在所需的温度条件下固化所述内衬模型，包括：
将所述真空袋放入烘箱中来进行固化。
11.一种无人机机翼，其特征在于，包括：
内衬模型，包括上翼面及下翼面；及
机翼蒙皮，包覆所述内衬模型，所述机翼蒙皮包括上蒙皮及下蒙皮，其中所述上蒙皮设置于所述上翼面，所述下蒙皮设置于所述下翼面。
12.根据权利要求11所述的无人机机翼，其特征在于，所述内衬模型是由一泡沫块材所制成。
13.根据权利要求11所述的无人机机翼，其特征在于，所述无人机机翼还包括：
多个翼肋，间隔设置于所述上蒙皮与所述下蒙皮之间，且所述多个翼肋连接所述内衬模型。
14.根据权利要求11所述的无人机机翼，其特征在于，所述无人机机翼还包括：
翼梁，设置于所述内衬模型的凹槽中，所述凹槽位于所述上翼面及所述下翼面之间。
15.根据权利要求11所述的无人机机翼，其特征在于，所述机翼蒙皮包括碳纤维布、碳纤维丝、碳纤维网管、玻璃纤维布、及玻璃纤维网管中的至少一种。
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