CN118618603A - 一种eVTOL飞机机翼结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种eVTOL飞机机翼结构，包括骨架，所述骨架外侧连接有机翼蒙皮，所述机翼蒙皮两侧设有连接蒙皮，所述连接蒙皮连接骨架，所述机翼蒙皮的后端设有翼尖小翼，所述翼尖小翼通过紧固件与骨架连接；所述骨架包括展向梁，所述展向梁设有两根，并列分布，两根所述展向梁上间隔连接有多个弦向件，所述展向梁的侧边安装有连接骨架。本结构安全性好：在机翼翼盒一直到与电机臂连接区域的主要传力路径，除蒙皮传力外，设计强骨架，骨架与蒙皮除采用结构胶连接外，也增加紧固件连接，保证主传力路径连接双保险。

Description

一种eVTOL飞机机翼结构

技术领域

本发明涉及航空设备技术领域，具体涉及一种eVTOL飞机机翼结构。

背景技术

eVTOL(Electric Vertical Takeoffand Landing)电动垂直起降飞行器开发吸引了包括航空航天企业、汽车行业、运输行业、政府、军方以及学术界的广泛关注。eVTOL未来潜在应用涉及城市客运、区域客运、货运、个人飞行器、紧急医疗服务等多种场景模式。美国垂直飞行协会认为，eVTOL技术是自75年前直升机诞生以来航空业最重要的技术变革之一，可能比涡轮发动机的出现更具有革命性。根据该协会在线发布的“世界电动垂直起降(eVTOL)飞行器目录”显示，目前全球从事eVTOL开发的项目已经多达到了260余项。使用电动力推进系统代替内燃机动力，从而获得了很多优点和独特品质。最突出的优点是节能环保，效率高能耗低，同时实现接近零排放，噪声和振动水平很低，乘坐舒适性好，是名符其实的环境友好飞机。此外，还具有安全可靠、结构简单、操作使用简便、维修性好/费用低、经济性好等特点。在设计上也有很多优势：总体布局灵活，可采用最佳布局和非常规/创新布局；可设计出具有超常性能的飞机，满足特殊用途需求等。

eVTOL飞机的机翼相比传统固定翼飞机，机翼上连接由电机臂，电机产生的拉力也传递到机翼上，需要机翼除了承受自身的气动力外，也需要承受电机臂上螺旋桨产生的拉力。机翼为eVTOL飞机最重要的部件，在平飞时产生升力，在做机动飞行时，承受整个eVTOL飞机全部载荷，因此保证机翼结构的安全性和承载能力至关重要。飞机机翼主要功用是提供升力，机翼主要承受的外载荷包括剪力、弯矩和扭矩，机翼的气动力和飞行机动过载会产生剪力和弯矩，同时在eVTOL飞机起降和转换时，电机臂升力单元的拉力会产生较大的弯矩，当某个升力单元失效时，对应的另外一侧的升力单元的拉力会对机翼产生较大的扭矩，同时电机臂上升力单元由于螺旋桨旋转，会产生较大的振动，对机翼也会产生较大的振动载荷。因此需要一种eVTOL飞机机翼结构以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种eVTOL飞机机翼结构，以解决背景技术中提到的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种eVTOL飞机机翼结构，包括骨架，所述骨架外侧连接有机翼蒙皮，所述机翼蒙皮两侧设有连接蒙皮，所述连接蒙皮连接骨架，所述机翼蒙皮的后端设有翼尖小翼，所述翼尖小翼通过紧固件与骨架连接；所述骨架包括展向梁，所述展向梁设有两根，并列分布，两根所述展向梁上间隔连接有多个弦向件，所述展向梁的侧边安装有连接骨架。

优选地，所述机翼蒙皮的下部为下蒙皮，所述下蒙皮上开有多个口盖。

优选地，所述连接蒙皮包括前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮，所述前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮安装于连接骨架上，所述前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮在端部均设有连接加强区。

优选地，所述展向梁、弦向件和连接骨架的连接处安装有对接件，所述对接件通过紧固件连接连接蒙皮。

优选地，所述弦向件包括舵机连接肋和舵面连接接头，所述舵机连接肋连接于两根展向梁之间，所述舵面连接接头位于舵机连接肋两侧，通过紧固件安装于展向梁上，所述舵机连接肋上开有舵机连接孔。

优选地，两根所述展向梁的端部安装有对接接头，所述对接接头连接机身。

优选地，所述舵机连接肋与舵机连接的位置设有局部增厚的凸台，所述凸台上开有舵机连接孔。

优选地，所述对接件在与连接骨架和弦向件连接的区域设有凸缘。

本发明的技术效果和优点：本结构安全性好：在机翼翼盒一直到与电机臂连接区域的主要传力路径，除蒙皮传力外，设计强骨架，骨架与蒙皮除采用结构胶连接外，也增加紧固件连接，保证主传力路径连接双保险；

易装配：机翼结构与机身连接采用对接接头连接，对接接头为单独的金属结构零件，通过紧固件与骨架和机翼蒙皮连接，在装配时，可以吸收整体公差，对对接接头上与机身连接的孔位精度要求较低，且金属孔，刚度较大，不易变形，容易与机身装配配合；

维护性好：下蒙皮在每两个弦向件之间都设计口盖，这样方便对机翼内部的线束、设备维护更换，方便结构检查，维护性好；

工艺性好、成本低：翼尖小翼为单独零件，曲面复杂，与机翼蒙皮分开，这样制造时，当因为翼尖小翼区域零件不合格时，仅需要报废翼尖小翼，不用报废整块机翼蒙皮，降低机翼成型工艺难度，节约成本：

气动性能好：与蒙皮连接的紧固件均为沉头紧固件，保证外表面的光顺，气动阻力小；

受力佳：舵机直接连接在弦向件上，舵机的扭矩，直接在舵机连接肋力平衡，没有面外力，受力较佳，另连接骨架与弦向件和展向梁连接均采用较多紧固件连接，受力较佳。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的隐藏机翼蒙皮后的轴测图；

图3为本发明骨架的轴测图；

图4为本发明下蒙皮的轴测图；

图5为本发明前部连接蒙皮的轴测图；

图6为本发明展向梁、连接骨架、弦向件连接区域的局部视图；

图7为本发明舵面连接接头与展向梁连接区域的局部视图；

图8为本发明对接接头区域的局部视图；

图9为本发明舵机连接肋的轴测图；

图10为本发明对接件的轴测图；

图11为本发明机翼结构在对接件位置的剖视图；

图12为本发明在eVTOL飞机位置的轴测图。

图中，1.机翼结构；11.机翼蒙皮；111.下蒙皮；112.口盖；12.连接蒙皮；121.前部蒙皮；1211.连接加强区；122.中部蒙皮；123.后部蒙皮；13.骨架；131.展向梁；1311.对接接头；132.连接骨架；1321.对接件；13211.凸缘；133.弦向件；1331.舵面连接接头；1332.舵机连接肋；13321.舵机连接孔；14.紧固件；15.翼尖小翼；2.eVTOL飞机。

具体实施方式

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接或是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。

实施例

如图12所示，机翼结构1在eVTOL飞机2两侧布置，(本实例仅对左侧进行描述，右侧与左侧为结构类似)，为整个eVTOL飞机2的主要受力部件，机翼前后连接有电机臂，根部与机身连接，承受机翼的气动力，整机过载，电机臂上升力单元的拉力等。一旦机翼结构破坏，即会造成机毁人亡的事故，确保机翼的安全性至关重要。

如图1，图2所示，机翼结构1包括机翼蒙皮11、连接蒙皮12、骨架13、紧固件14、翼尖小翼15；骨架13外侧连接有机翼蒙皮11，机翼蒙皮11两侧设有连接蒙皮12，连接蒙皮12连接骨架13，机翼蒙皮11的后端设有翼尖小翼15；机翼蒙皮11按照机翼的外形设计的层合板结构，在eVTOL飞机2向前飞行时，产生升力，同时机翼蒙皮11传递机翼结构展向的载荷，机翼蒙皮11为碳纤维复合材料制造。连接蒙皮12主要为弦向受力件，与内部骨架13一起承受电机臂传递的载荷，连接蒙皮11考虑装配的工艺性，分为三块，分别为前部蒙皮121、中部蒙皮122、后部蒙皮123，前部蒙皮121、中部蒙皮122、后部蒙皮123安装于连接骨架132上，然后通过骨架13连接成一条连续的传力路径。骨架13由多个零件通过紧固件连接而成，为整个机翼结构最重要的受力结构，骨架13与机翼蒙皮11和连接蒙皮12通过结构胶和紧固件连接到一起，在翼盒和电机臂的传力路径上，采用紧固件14和结构胶的双连接，在前缘、后缘、外部区域，主要采用结构胶连接，减少连接工作量。紧固件14有两种类型，分别为沉头和凸头紧固件，凸头紧固件成本低、安装方便，主要用在非气动面，但在机翼蒙皮11表面连接的需要保证气动面的光滑性，需要用沉头紧固件。翼尖小翼15在机翼蒙皮11的后端，保持最外段的外形，通过紧固件14与骨架13连接，翼尖小翼15上下面为一个整体结构，把翼尖小翼15单独分离出来，可以降低机翼蒙皮11制造的难度，提高机翼蒙皮11的合格率，进而减少报废，降低成本。

如图3所示，骨架13包括展向梁131、连接骨架132、弦向件133；展向梁131设有两根，并列分布，两根展向梁131上间隔连接有多个弦向件133，展向梁131的侧边安装有连接骨架132，展向梁131由前后两根组成，由碳纤维单向带预浸料制造，以0°方向为主，承受机翼的主要载荷，抵抗机翼的弯矩，其中展向梁131从根部到尖部厚度和尺寸由大变小，节约结构重量。连接骨架132起到连接机翼骨架和电机臂的作用，作为过渡区，连接骨架132为弦向布置，两条弦向件133提供支撑，保证电机臂传递过来的弯矩可以有效的平衡。弦向件133由机翼根部到机翼尖部布置，每隔一段距离布置一个，内部开有大孔，供内部的线束和设备通过和安装，弦向件133主要起到支撑机翼蒙皮11的作用，防止机翼蒙皮11受压时的失稳，同时传递机翼蒙皮11的剪力。在外部的弦向件133与舵面配合的位置，弦向件133包括舵机连接肋1332和舵面连接接头1331，舵机连接肋1332连接于两根展向梁131之间，舵面连接接头1331位于舵机连接肋1332两侧，通过紧固件14安装于展向梁131上，通过舵面连接接头1331和舵机连接肋1332与舵面连接和舵机连接，实现控制机翼上舵面的运动。

如图4所示，机翼蒙皮11的下部为下蒙皮111，下蒙皮111上开有大量的口盖112，方便对内部设备和线束进行维修，同时也作为结构的检查孔，查看结构是否有损伤、裂纹等缺陷，保证机翼结构的及时维修。在外侧舵机连接肋1332附近的口盖112，为舵机提供安装通道和检查通道。

如图5所示，前部蒙皮121、中部蒙皮122和后部蒙皮123，在分开的位置均设计了连接加强区1211，降低孔的挤压应力，提高连接的安全性，本实例图示仅以前部蒙皮121为例，中部蒙皮122和后部蒙皮123均为类似设计。

如图6所示，本图仅展示一个区域，其他三个区域连接结构类似，连接骨架132、展向梁131、弦向件133三个方向交叉连接，采用紧固件14把对接件1321、连接骨架132、展向梁131、弦向件133连接到一起，同时对接件1321上部缘条与蒙皮采用紧固件14连接，对接件1321采用金属件机械加工而成，优选的材料为2024，优选的热处理状态为T351，具有较好的疲劳特性。

如图7所示，舵面连接接头1331通过紧固件14连接到展向梁131上，舵面连接接头的13321轴孔安装有轴承，同时多个舵面连接接头1331的轴孔在同一直线上，可以使舵面绕着轴转动，舵面连接接头1331为铝合金机加件，优选的材料为7075，优选的热处理状态为T7351。

如图8所示，两个展向梁131在端部通过对接接头1311与机身连接，通过对接接头1311上的耳片孔进行连接，此处承受整个机翼的弯矩，对接接头1311可为铝合金、钢、钛合金，优选的采用钛合金材料，可以有效减小零件厚度。对接接头1311通过4个孔与机身连接，在机翼安装和拆卸时，只需要拆装4个孔的紧固件，拆卸简单，同时对接接头1311通过紧固件14与展向梁131、蒙皮、弦向件133连接，可以吸收装配公差，降低装配难度。

如图9所示，舵机连接肋1332与舵机连接的位置，设计局部增厚的凸台，在凸台上设计舵机连接孔13321，可有效提高连接区域的刚度，降低舵机连接孔13321周边的应力，提高连接的可靠性和安全性。舵机连接肋1332为铝合金机加件，优选的材料为7075，优选的热处理状态为T7351。

如图10所示，对接件1321在与连接骨架132和弦向件133连接的区域设计了加长的凸缘13211，增加连接紧固件14的个数，降低紧固件孔的应力，在弦向上，前后电机臂传递的载荷较大，设计较大面积的凸缘13211，有效传递电机臂上的载荷。

如图11所示，仅以外侧后部连接件位置说明，其他三个位置类似，对接件1321除了与弦向件133、连接骨架132连接之外，对接件1321的缘条同时与前部蒙皮121和后部蒙皮123连接，腹板与展向梁131连接，以上所有连接均采用结构胶和紧固件14连接。展向梁131的缘条与机翼蒙皮11通过紧固件14和结构胶连接，这样有两条主传力路径，机翼的展向载荷通过机翼蒙皮11与展向梁131组成的盒段传力；前后电机臂的载荷通过对接件1321把连接蒙皮12连接起来，组成弦向的主传力路径。避免了两条主传力路径互相交叉干扰，也可以防止机翼展向梁与机翼蒙皮11在此位置的弯曲，避免复合材料承受面外载荷。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种eVTOL飞机机翼结构，包括骨架，其特征在于：所述骨架外侧连接有机翼蒙皮，所述机翼蒙皮两侧设有连接蒙皮，所述连接蒙皮连接骨架，所述机翼蒙皮的后端设有翼尖小翼，所述翼尖小翼通过紧固件与骨架连接；所述骨架包括展向梁，所述展向梁设有两根，并列分布，两根所述展向梁上间隔连接有多个弦向件，所述展向梁的侧边安装有连接骨架。

2.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述机翼蒙皮的下部为下蒙皮，所述下蒙皮上开有多个口盖。

3.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述连接蒙皮包括前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮，所述前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮安装于连接骨架上，所述前部蒙皮、中部蒙皮、后部蒙皮在端部均设有连接加强区。

4.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述展向梁、弦向件和连接骨架的连接处安装有对接件，所述对接件通过紧固件连接连接蒙皮。

5.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述弦向件包括舵机连接肋和舵面连接接头，所述舵机连接肋连接于两根展向梁之间，所述舵面连接接头位于舵机连接肋两侧，通过紧固件安装于展向梁上，所述舵机连接肋上开有舵机连接孔。

6.根据权利要求1所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：两根所述展向梁的端部安装有对接接头，所述对接接头连接机身。

7.根据权利要求5所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述舵机连接肋与舵机连接的位置设有局部增厚的凸台，所述凸台上开有舵机连接孔。

8.根据权利要求4所述的一种eVTOL飞机机翼结构，其特征在于：所述对接件在与连接骨架和弦向件连接的区域设有凸缘。