CN115402503B - 一种双体飞行器的防共振机翼结构 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种双体飞行器的防共振机翼结构，包括：机翼板、腹板、边条和蒙皮。将机翼设计为多个机翼板相互连接的方式；通过腹板来固定连接相邻的所述机翼板，来提高刚度；通过边条来固定连接腹板和机翼板的边缘来进一步提高机翼本体的刚度。蒙皮固定包裹在所述机翼板、所述腹板和所述边条的外表面，与所述机翼板、所述腹板和所述边条形成机翼本体。通过提高机翼本体的刚度来改变机翼本体自身的固有频率，进而有效减小了共振，保证飞行安全。

Description

一种双体飞行器的防共振机翼结构
技术领域
本公开一般涉及双体飞行器机翼结构技术领域，具体涉及一种双体飞行器的防共振机翼结构。
背景技术
双体飞行器在飞行工况比较恶劣的任务规划中，需要有一种满足其高强刚度、良好的抗弯距结构，同时重量轻便的翼体结构，保证其飞行过程的稳定性和可靠性。任何结构都有其自身的固有频率，当振动频率跟物体结构自身频率相同时就容易发生共振现象。主流的梁式和腹板式翼体结构零部件多，主要由蒙皮、主梁、腹肋、桁条等部件，采用螺栓或铆接而成。连接的翼体结构本身频率远远低于一体的结构。
现有的双体飞行器机翼结构由于固有频率与飞行时产生的振动频率接近；因而，在高速、恶劣的工况环境中十分容易产生共振；共振容易对翼体结构造成严重的破坏，进而造成整个任务的失败。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种双体飞行器的防共振机翼结构。
本申请提供一种双体飞行器的防共振机翼结构，包括：
机翼板，所述机翼板设有多个且沿第一方向排列设置，每个所述机翼板包括多个结构单元；相邻所述结构单元之间固定连接；
腹板，所述腹板设有多个且分别固定安装在相邻所述机翼板之间；
边条，所述边条固定安装在所述腹板的两端，所述边条的长度方向垂直于第一方向设置；
蒙皮，所述蒙皮固定包裹在所述机翼板、所述腹板和所述边条的外表面，与所述机翼板、所述腹板和所述边条形成机翼本体；
所述结构单元呈长方体状且开设有通孔，所述通孔内固定安装有工字梁结构；所述工字梁结构的两端分别与所述通孔的内侧壁固定连接；工字梁结构与通孔的内侧壁之间形成三角形。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述机翼板上具有安装平面，多个所述结构单元在所述安装平面上阵列排布。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述工字梁结构设有两个且中点相互重叠设置；两所述工字梁结构之间具有设定夹角。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述两所述工字梁结构之间的设定夹角为度。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述通孔的截面呈正方形，所述工字梁结构的两端分别与正方形相对的两顶点固定连接。
本申请的有益效果在于：
将机翼设计为多个机翼板相互连接的方式；通过腹板来固定连接相邻的所述机翼板，来提高刚度；通过边条来固定连接腹板和机翼板的边缘来进一步提高机翼本体的刚度。蒙皮固定包裹在所述机翼板、所述腹板和所述边条的外表面，与所述机翼板、所述腹板和所述边条形成机翼本体。机翼本体通过一体成型的机翼板连接腹板固定连接而成，能够使机翼本体具有更大的刚度。由于刚度越高的材料分子间的作用力越大，产生形变时需要的作用力就越大，形变时分子间储存的能量也就越大；因此，恢复原有状态时释放的动能就越多，进而产生的频率就越高。当外界施加的力不足以使材料产生与其固有频率相近的振动时，则不会产生共振。因此，通过提高机翼本体的刚度来改变机翼本体自身的固有频率，进而有效减小共振，保证飞行安全。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本申请提供的一种双体飞行器的防共振机翼结构的结构示意图；
图2为机翼板的结构示意图；
图3为结构单元的结构示意图；
其中：1、机翼板；2、结构单元；3、腹板；4、边条；5、蒙皮；6、工字梁结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1和图3，为本实施例提供的一种双体飞行器的防共振机翼结构示意图，包括：
机翼板1，所述机翼板1设有多个且沿第一方向排列设置，每个所述机翼板1包括多个结构单元2；相邻所述结构单元2之间固定连接；
腹板3，所述腹板3设有多个且分别固定安装在相邻所述机翼板1之间；
边条4，所述边条4固定安装在所述腹板3的两端，所述边条4的长度方向垂直于第一方向设置；
蒙皮5，所述蒙皮5固定包裹在所述机翼板1、所述腹板3和所述边条4的外表面，与所述机翼板1、所述腹板3和所述边条4形成机翼本体；
所述结构单元2呈长方体状且开设有通孔，所述通孔内固定安装有工字梁结构6；所述工字梁结构6的两端分别与所述通孔的内侧壁固定连接；工字梁结构6与通孔的内侧壁之间形成三角形。
工作原理：
本申请提供的一种双体飞行器的防共振机翼结构机翼板1具有多个结构单元2，每个结构单元2均具有通孔，所述通孔内具有两个高刚度的工字梁结构6；两工字梁结构6与通孔的内侧壁之间形成三角形；由于三角形具有良好的稳定性，因此由多个结构单元一体成型的机翼板1具有更大的刚度。
由于刚度越高的材料分子间的作用力越大，产生形变时需要的作用力就越大，形变时分子间储存的能量也就越大；因此，回复原有状态时释放的动能就越多，进而产生的频率就越高。当外界施加的力不足以使材料产生与其固有频率相近的振动时，则不会产生共振。
具体地，飞行器飞行时机翼的实际振动频率通过实验测量得到；机翼本体的固有频率通过公式(一)计算得出；
Figure GDA0004005948620000041
其中，nπ＝kl，sinkl＝0；l为机翼长度，m为机翼质量，EI为机翼的刚度。
刚度通过公式(二)计算得出。
Figure GDA0004005948620000042
其中，P是作用于结构的恒力，δ是由于力而产生的形变。公式(一)的具体推导过程，已经在石河子大学学报(自然科学版)第26卷第1期，梁横向振动固有频率的数值计算，文章编号：1007-7383(2008)01-0087-04中公开，属于现有技术在此不做赘述。
计算得出机翼本体的固有频率与实际振动频率进行对比；当机翼本体固有频率与实际振动频率之间相差超过5％，则不会产生明显的共振。
在一些实施方式中，所述机翼板1通过3D打印技术制备。能够大大减小机翼板1、边条4和腹板3的制备难度；提高生产效率。
具体地，将机翼设计为多个机翼板相互连接的方式；通过腹板来固定连接相邻的所述机翼板，来提高刚度；通过边条来固定连接腹板和机翼板的边缘来进一步提高机翼本体的刚度。蒙皮固定包裹在所述机翼板、所述腹板和所述边条的外表面，与所述机翼板、所述腹板和所述边条形成机翼本体。通过改变机翼本体的刚度来改变机翼本体自身的固有频率，进而有效减小了共振，保证飞行安全。
在一些实施方式中，所述腹板3厚度设置为3mm，边条4厚度设置为20mm、宽度设置为40mm，蒙皮5厚度设置为3mm。
在一些实施方式中，设置所述通孔并在所述通孔内设置所述工字梁结构6，能够大大减轻机翼重量的同时提高机翼本体的刚度，来提高机翼本体的固有频率减小共振。
进一步地，参考图2，所述机翼板1上具有安装平面，多个所述结构单元2在所述安装平面上阵列排布。
在一些实施方式中，多个所述结构单元2沿所述安装平面阵列排布，能够使机翼本体的结构具有更大的刚度，进而具有更高的固有频率来减小共振。
在一些实施方式中，所述边条4用于固定连接所述腹板3与所述机翼板1相连接的边缘部分，能够进一步提高机翼本体的刚度。
进一步地，所述工字梁结构6设有两个且中点相互重叠设置；两所述工字梁结构6之间具有设定夹角。
在一些实施方式中，设置两根所述工字梁结构6能够进一步提高机翼本体的固有频率减小共振。
进一步地，所述两所述工字梁结构6之间的设定夹角为90度。
在一些实施方式中，两所述工字梁结构6之间的设定夹角为90度能够在不改变机翼本体刚度和形状的情况下使机翼本体的固有频率达到最大，达到最佳的防共振效果。
进一步地，所述通孔的截面呈正方形，所述工字梁结构6的两端分别与正方形相对的两顶点固定连接。
在一些实施方式中，两所述工字梁结构6与所述通孔的内侧壁形成三角形结构，能够使所述结构单元2更加稳固，进而使所述机翼板1更稳固，保证飞行器的飞行安全。
工作原理：
通过改变机翼的结构、形状和刚度来改变机翼的固有频率，进而避免共振。经过大量的实验得出：现有的双体机翼与飞行时产生的共振频率接近，约在1赫兹左右。本申请提供的双体飞行器机翼的固有频率，在不改变机翼刚度和形状的情况下，主要与两所述工字梁结构6之间的所述设定夹角有关。
具体地，当所述设定夹角为45度时，所述机翼本体的固有频率在4.3赫兹到4.56赫兹之间；当所述设定夹角为90度时，所述机翼本体的固有频率在4.7赫兹到5.0赫兹之间。
由此可见，本申请提供的所述机翼本体的固有频率远大于飞行时的振动频率，不会产生明显的共振。有效减小了共振，保证飞行安全。
安装过程：
一、利用3D打印技术，制备多个机翼板1，腹板3和边条4；
二、将所述机翼板1与所述腹板3沿第一方向依次间隔设置，并固定连接；
三、将边条4固定安装在所述腹板3的边缘处；
四、利用蒙皮5固定包裹在所述机翼板1、所述腹板3和所述边条4的外表面，与所述机翼板1、所述腹板3和所述边条4形成机翼本体。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种双体飞行器的防共振机翼结构，其特征在于，包括:
机翼板(1)，所述机翼板(1)设有多个且沿第一方向排列设置，每个所述机翼板(1)包括多个结构单元(2)；相邻所述结构单元(2)之间固定连接；
腹板(3)，所述腹板(3)设有多个且分别固定安装在相邻所述机翼板(1)之间；
边条(4)，所述边条(4)固定安装在所述腹板(3)的两端，所述边条(4)的长度方向垂直于第一方向设置；
蒙皮(5)，所述蒙皮(5)固定包裹在所述机翼板(1)、所述腹板(3)和所述边条(4)的外表面，与所述机翼板(1)、所述腹板(3)和所述边条(4)形成机翼本体；
所述结构单元(2)呈长方体状且开设有通孔，所述通孔内固定安装有工字梁结构(6)；所述工字梁结构(6)的两端分别与所述通孔的内侧壁固定连接；工字梁结构(6)与通孔的内侧壁之间形成三角形。
2.根据权利要求1所述的一种双体飞行器的防共振机翼结构，其特征在于，所述机翼板(1)上具有安装平面，多个所述结构单元(2)在所述安装平面上阵列排布。
3.根据权利要求1所述的一种双体飞行器的防共振机翼结构，其特征在于，所述工字梁结构(6)设有两个且中点相互重叠设置；两所述工字梁结构(6)之间具有设定夹角。
4.根据权利要求3所述的一种双体飞行器的防共振机翼结构，其特征在于，所述两所述工字梁结构(6)之间的设定夹角为90度。
5.根据权利要求4所述的一种双体飞行器的防共振机翼结构，其特征在于，所述通孔的截面呈正方形，所述工字梁结构(6)的两端分别与正方形相对的两顶点固定连接。
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