CN1683036A - 轻重量翼型面及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有一个骨架和罩在骨架上的蒙皮的轻重量翼型面，以及其制造工艺，其中所述翼型面通过把一个支承材料板去芯，把一种蒙皮材料附着到去芯的支承材料板上以形成一个层板和由所述层板形成翼型面的外部，例如通过挤压贴近所述骨架的所述支承材料。可以通过从贴近所述骨架外部的所述层板修剪多余的材料形成所述翼型面。单个支承材料板，譬如膨胀的聚苯乙烯，可以跨这些步骤的每个。

Description

轻重量翼型面及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及翼型面(airfoil)，并且，更具体地涉及一种制造一种轻重量翼型面的方法。
背景技术
不论一个飞行器是大型喷气机还是微型模型飞机，飞行器设计者面临最大问题之一都涉及使飞行器的重量最小化。当飞行器的重量减少时，使飞行器飞行需要的升力量也减少，并且这使飞行器设计者在设计飞行器特性时有附加的灵活性。例如，当需要的升力减少时，设计者可以减少推进力源的尺寸。另外，通过减少所述升力，设计者可以减少飞行器为得到升力所需要的相对速度，因为升力是速度的函数。
为了制造能够在室内(即在一个相对小的容积中)飞行的玩具或模型飞行器，飞行器达到升力所需要的速度需要降低以能够使飞行器安全地飞行。否则，在飞行器飞行时，飞行器不得不不断地转弯以防止飞行器碰到墙壁。从而为了制造一个能够在室内飞行的飞行器，需要再回到减轻飞机重量的问题。
对于当今的有动力业余爱好者和玩具飞行器，飞机重量的一个重要部分往往出现在飞机的机翼。这些机翼典型地用膨胀的聚苯乙烯板(EPS)形成。除了重量相对地轻以外，EPS还具有足够的强度以保持翼型面的形状，包括曲度和上反角。EPS还是大量制造的常用材料，因为可以用大的卷向制造者提供EPS。
为了形成机翼，将EPS的连续的卷馈送经过一个热压成形装置。机翼由EPS现场制成，并且直接馈入一个模切机或者把板切割成可调整的预定的长度然后放进一个多重模切机组。得到的产品是一种构成成品机翼的模切成形的EPS机翼。
用4毫米厚的EPS常规成形的EPS机翼的面积重量比(英寸2/克)约为9.4英寸2/克。然而用常规工艺形成的一个EPS机翼对于用作室内飞行器还是过重。因此，需要一种改进方法来制造翼型面机翼的，减少机翼的总重量以使得采用这种机翼的飞行器能够以非常低的速度飞行。另外，所述制造方法应当提供可比得上EPS机翼的强度。
对于成功的翼型面设计的一个重要挑战还在于其制造成本。除了上述的以性能为基础的需要以外，一个翼型面应当也可以用低成本、高产量的工艺制造。
发明内容
本发明揭示一种形成具有罩在骨架上的蒙皮的轻重量翼型面的工艺。所述工艺包括通过挤压贴近骨架的支承材料，用所述支承材料形成骨架。然后把支承材料板去芯以去除骨架内支承材料的某些部分。在去芯以后，把蒙皮材料随后附着到去芯的支承材料板上以形成一个层板。然后由所述层板形成翼型面的外部，这包含贴近骨架的外部从层板剪切多余的材料。单个支承材料板可以跨这些工艺的每个，并且所述支承材料可以是膨胀的聚苯乙烯板。通过使用这种工艺，可以得到翼载荷高于30英寸2/克的翼型面。
本领域内普通技术人员可以方便地从下面的详细说明中清楚其它的优点，在下面的说明中简单地通过阐述为实施本发明所构想的最佳方式，只示出和说明本发明的一个实施例。可以理解，本文所述的概念可以有其它的和不同的实施方式，并且其几个细节可以在各种明显方面修改，所有这些都不偏离本发明。因此，附图和说明都认为是阐述性的，而不是限制性的。
附图说明
参照了附图，其中具有同一标号的元件指代相同的元件，并且在所述附图中：
图1A和图1B分别为一种制造根据本发明的翼型面的侧视示意图和俯视示意图；而
图2A-6A和2B-6B分别为根据本发明成形的翼型面的平面图和截面图。
具体实施方式
图1A和图1B示出一种用于制造根据本发明的翼型面的新颖的制造系统10。制造系统10包括一个成形模12、一个去芯模切机14、一个胶合剂涂布机16、一个层压机18，和一个修边模切机20。在工艺开始，翼型面的支承材料的板22进入制造系统10的成形模12。每个支承材料的板22可以是只足够提供一个翼型面的单个支承骨架，或者如在制造一个翼型面的当前方法的一个现有方面那样，支承材料22的板可以用于多个翼型面的多个支承骨架。尽管不是必须的，支承材料22的板可以从一个支承材料的卷24提供给制造系统10。
在进入成形模12以后，翼型面骨架的初期轮廓定形进或者压入了支承材料22的板。用于此操作的成形模12的类型可以取决于用之形成支承骨架的材料类型，并且对于本领域内普通技术人员来说为特定的材料选择特定的成形模是很明显的。在制造系统10的一个现有方面，成形模12是热压成形模。
在支承材料22的板中产生了翼型面的支承骨架的初期轮廓以后，支承材料22的板被引入到去芯模切机14以去除存在于翼型面的支承骨架内的多余的材料。尽管在制造系统10的一个当前的方面采用单个去芯模切机14从支承材料22的板去除三个分离的部分，变通地，也可以采用多个去芯模切机14。在此步骤，由于去除存在于翼型面的支承骨架内的材料的结果，减轻了翼型面的总重量。尽管在图中示出是用分开的步骤，产生支承骨架的初期轮廓的步骤和去除存在于翼型面的支承骨架内的过多的材料步骤可以合并。
一旦翼型面的支承骨架的初期轮廓已经产生并且已经去除存在于支承骨架内的过多的材料，就把蒙皮材料26的片附着在支承材料22的板上。每个蒙皮材料26的片可以是在尺寸上只足够附着单个翼型面的支承骨架，也可以如在制造一个翼型面的当前方法的一个方面那样，可以用单个大的蒙皮材料26的片附着多个翼型面的支承骨架。尽管不是必须的，可以从蒙皮材料26的片的一个卷28向制造系统10提供蒙皮材料26的片。
本领域内普通技术人员可以认识到对应于支承材料22和蒙皮材料26可以采用许多不同的技术把蒙皮材料附着到支承材料上，并且制造翼型面的本工艺不限于一种特定的技术。在制造翼型面的本工艺一个当前的方面，蒙皮材料26的片使用一种胶合剂粘贴在支承材料22的板上。可以使用任何对蒙皮材料和支承材料涂布胶合剂的技术。例如胶合剂可以事先涂布在蒙材料上。变通地，可以在把蒙皮材料与支承材料结合以前可以把胶合剂以喷涂、辊轧、热封印等方式施加在蒙皮材料和支承材料之一或者双方上。
在制造一种翼型面的本工艺的一个当前的方面，胶合剂用一胶合剂涂布机16喷涂在支承材料22的板上。一旦把胶合剂涂布在支承材料22的板上，就用一个层压机18把蒙皮材料26的片附着到支承材料的板22上，以形成一个两种材料的层板。尽管不限于特定的装置用于把蒙皮材料26的片附着到支承材料的板22上，在制造系统10的一个当前的方面，层压机18包括一个辊子30把蒙皮材料26的片压在覆胶合剂的支承材料22的板上。
在把蒙皮材料26的片附着到支承材料22的板上以后，把蒙皮材料和支承材料的层板引入到一个修边模切机14中以形成翼型面的外部。在如此进行时，可以把翼型面从绕翼型面外部存在的过多材料分离开。一旦从蒙皮材料和支承材料的层板分开，支承骨架现在就覆盖有蒙皮材料以形成翼型面。然后可以把剩余的蒙皮材料和支承材料层板卷成一个废料卷32。
翼型面100，如其经所述制造工艺所形成，示于图2A-B和6A-B中。在图2A-B中，支承材料22在模制步骤以前跨其截面具有总体上恒定的宽度。如图3A-B中所示，模制工艺在支承材料22中产生凹陷104。这些凹陷104包围和定形翼型面100的骨架102。尽管不必要限制于此方式，所有的凹陷104都形成在支承材料22的单个主表面中。
如图4A-B中所示，去芯工艺去除翼型面100的骨架102内的支承材料22的芯部106。在去芯工艺后，包括在骨架外部内的面积与骨架本身的面积的比可以在约0.50至约0.10之间。在一定情况下，比例可以小于0.05。以约0.50的比例，骨架会保持相当的强度，然而还可以实现减少至少50％的重量。以约0.05的比例，可以实现减少至少95％的骨架重量。
图5A-B中示出支承材料22和蒙皮材料26的层板。形成翼型面100的工艺不限于支承材料22的主表面附着蒙皮材料26。然而，在一个当前的方面，蒙皮材料26附加在不包括凹陷104的支承材料22的主表面上。通过把蒙皮材料26置于支承材料的平坦侧上，与把蒙皮材料26置于支承材料的异型侧上相反，蒙皮材料26可以较好地附着在支承材料上。在图6A-B中，去除了包绕骨架104的外部的支承材料22和蒙皮材料26，留下机翼101，其包括由蒙皮材料26覆盖的骨架102。
支承材料22由一种强度高却重量轻的材料形成。支承材料22还由一种可以易于用压轧切割的材料形成，并且任何可以满足该特性的材料都可以用作支承材料22。在一当前的方面，支承材料22也可以以长的可卷起来的板材的形式提供。具有这些特性的材料的例子包括杜邦公司制造的Mylar、双轴取向聚丙烯(BOPP)和乙烯-乙酸乙烯脂(EVA)。在制造一个翼型面101的方法的一个当前方面，支承材料22由膨胀的聚苯乙烯板(EPS)形成。所述EPS支承材料22的厚度可以是约2.0mm至约8.0mm的范围，并且在厚度在2.0mm时密度范围约120克/m2至约280克/m2的范围，然而也可以不同于这些范围。
蒙皮材料26由厚度非常薄、耐撕拉、强度高且重量轻的材料形成。蒙皮材料26还由一种易于用压轧切割的材料形成，并且任何可以满足该特性的材料都可以用作蒙皮材料26。在一当前的方面，蒙皮材料26也可以以长的可卷起来的板材的形式提供。具有这些特性的材料的例子包括Mylar、BOPP和EVA。在制造一个翼型面101的方法的一个当前方面，蒙皮材料26由BOPP形成。在一个当前的方面，BOPP蒙皮材料26的厚度约6微米至约8微米。然而蒙皮材料26的厚度可以不同于这些范围。例如，对于较大的翼型面，可以采用约50微米的厚度。
举例来说，对于从翼尖到翼尖尺度约为16英寸以及从翼前缘至翼后缘尺度约为6英寸的一个翼型面，该翼型面具有约90英寸2的面积和约2.8克的重量。这些量度值得出的面积对重量之比优于32英寸2/克。在一个当前的方面，翼型面101厚度约4mm；然而翼型面101的厚度可以不同于该范围。通过使用该技术可以实现30至45英寸2/克或者更佳的面积重量比。
本发明的概念可以采用常规材料、方法和设备实施。因此，这些常规材料、方法和设备在本文中不加详细说明。在以前的说明中说明一些特定的细节，譬如特定的材料、结构、化学药品、工艺等等，以提供全面的理解。然而应当理解以上概述的概念可以不限于特定说明的细节而实施。在其它例子中，众所公知的处理结构没有详细地说明，以免不必要地混淆本发明的概念。在本说明书中只示出和说明了本发明的一个示例的方面与其多样性中的一些例子。应当理解本发明能够在许多其它组合和环境使用并且能够在本文所述的本发明范围内改变或者修改。

Claims (35)

1.一种制造具有一骨架和罩在所述骨架上的蒙皮的轻重量翼型面的方法，包含步骤：
把一支承材料板去芯；
把一蒙皮材料附着到所述去芯的支承材料板上以形成一由蒙皮材料和支承材料构成的层板；和
采用所述层板形成所述翼型面的外部。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成翼型面的步骤包含从贴近所述骨架的外部的所述层板剪切多余的材料。
3.如权利要求1所述的方法，其中，还包含一个在支承材料中形成骨架的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成骨架的步骤包括挤压贴近所述骨架的所述支承材料。
5.如权利要求4所述的方法，其中，其中所述挤压支承材料只在所述支承材料的第一主侧面形成槽，并且
所述蒙皮材料附着到所述支承材料的第二主侧面。
6.如权利要求3所述的方法，其中，所述形成骨架步骤在所述去芯步骤前进行。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述去芯步骤形成所述骨架的内部部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中，用胶合剂把所述蒙皮材料附着到所述骨架上。
9.如权利要求8所述的方法，其中，还包括在所述附着步骤前向所述已去芯的支承材料上涂布胶合剂的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述蒙皮材料包括双轴取向的聚丙乙烯。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述支承材料包括膨胀的聚苯乙烯板。
12.如权利要求1所述的方法，其中，单个支承材料板从所述的去芯步骤延续到所述的形成翼型面步骤。
13.如权利要求1所述的方法，其中，所述翼型面的厚度约为2.0mm至约8.0mm。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述翼型面具有30英寸2/克或者以上的面积重量比。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述翼型面具有30英寸2/克或者以上的面积重量比。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述蒙皮材料辊轧在所述支承材料上以形成层板。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述形成翼型面的步骤把所述翼型面从层板分开。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述骨架的面积与由骨架界定的面积的比值低于0.10。
19.如权利要求1所述的方法，其中，所述骨架的面积与由骨架界定的面积的比值低于0.05。
20.一种制造具有一骨架和罩在骨架上的蒙皮的轻重量翼型面的方法，包含步骤：
通过挤压贴近骨架的支承材料形成骨架；
把支承材料板去芯；
向蒙皮材料和支承材料中的至少一个上涂布一胶合剂；
把蒙皮材料用所述胶合剂附着到去芯的支承材料板上以形成一个由蒙皮材料和支承材料构成的层板；并且
由所述层板形成翼型面的外部，其中，单个支承材料板从所述的去芯步骤延续到所述形成翼型面的步骤。
21.一种轻重量翼型面，包括：
一个骨架；和
一个附着到所述骨架上的蒙皮，其中所述翼型面具有30英寸2/克或者以上的面积重量比。
22.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架由单个膨胀的聚苯乙烯板形成。
23.如权利要求22所述的轻重量翼型面，其中，所述蒙皮包括双轴取向的聚丙乙烯。
24.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架的厚度约为2.0mm至约8.0mm。
25.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，用胶合剂把所述骨架附着到所述蒙皮上。
26.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架被去芯。
27.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，其中所述翼型面具有30英寸2/克或者以上的翼载荷。
28.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架的面积与由所述骨架界定的面积的比值低于0.10。
29.如权利要求21所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架的面积与由所述骨架界定的面积的比值低于0.05。
30.一种轻重翼型面，包括：
一去芯骨架；和
一用胶合剂附着到所述骨架上的蒙皮，其中，所述骨架用单个膨胀的聚苯乙烯板形成。
31.如权利要求30所述的轻重量翼型面，其中，所述翼型面具有20英寸2/克或者以上的面积重量比。
32.如权利要求30所示的轻重量翼型面，其中，所述翼型面具有30英寸2/克或者以上的面积重量比。
33.如权利要求30所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架的面积与由所述骨架界定的面积的比值低于0.10。
34.如权利要求30所述的轻重量翼型面，其中，所述骨架的面积与由所述骨架界定的面积的比值低于0.05。
35.如权利要求30所述的轻重量翼型面，其中，所述翼型面的厚度约为2.0mm至约8.0mm。
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