CN211417574U - 一种高强度机翼结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高强度机翼结构，属于无人机领域。该高强度机翼结构包括：龙骨、翼梁和弧形包覆层，龙骨纵向分布、翼梁横向分布，以及弧形包覆层包覆在龙骨和翼梁表面用于使其受力均匀，龙骨和翼梁均至少三根，龙骨和翼梁交叉固定连接组成受力结构框架，受力结构框架与弧形包覆层之间围成包容腔，其中，龙骨和翼梁均为复合结构，复合结构包括轻木，以及包覆在轻木外侧的碳纤维布，本实用新型通过受力结构框架既提供了高强度的机翼又预留有包容腔减轻了机翼重量，通过轻木和碳纤维布复合结构生产的龙骨和翼梁既有轻木成本低、重量小和易于加工生产的优点又有碳纤维布强度高的优点，提供了兼具重量轻、强度高和成本低适合工业生产的机翼。
Description
技术领域
本实用新型属于无人机领域，尤其是一种高强度机翼结构。
背景技术
机翼是实现固定翼无人机起飞的重要部件，然而机翼作为固定翼无人机的延展在固定翼无人机起飞和着陆时最容易与地面或物体产生碰撞造成损伤。
现有固定翼无人机是使用单一的材料去制作机翼，使用单一材料在重量、强度和成本上无法得到均衡不适合工业生产，因此需要对固定翼无人机的机翼结构进行改造，为固定翼无人机提供一种同时兼具重量轻、强度高和成本低的机翼。
实用新型内容
实用新型目的：提供一种高强度机翼结构，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种高强度机翼结构包括：纵向分布的龙骨、横向分布的翼梁，以及包覆在龙骨和翼梁表面的、用于使其受力均匀的弧形包覆层，所述龙骨和翼梁均至少三根，所述龙骨和翼梁交叉固定连接，组成受力结构框架，所述受力结构框架与弧形包覆层之间围成包容腔。
其中，所述龙骨和翼梁均为复合结构，所述复合结构包括轻木，以及包覆在轻木外侧的碳纤维布。
在进一步的实施例中，所述包容腔内还填充有泡沫塑料，所述泡沫塑料与龙骨、翼梁和弧形包覆层固定连接，使用重量轻的泡沫塑料能够为龙骨、翼梁和弧形包覆层提供支撑力。
在进一步的实施例中，所述轻木、碳纤维布、泡沫塑料、龙骨、翼梁和弧形包覆层之间使用树脂胶粘固定。使用树脂胶粘的方式不仅能够使轻木、碳纤维布、泡沫塑料、龙骨、翼梁和弧形包覆层得到固定还能够填充缝隙提供支撑力，与螺接等固定方式相比重量还低。
在进一步的实施例中，所述弧形包覆层的材质为PE热缩膜。使用PE热缩膜超强的缠绕力和回缩性能够将机翼包裹成一个整体进一步的提高了机翼的稳定性。
在另一实施例中，所述弧形包覆层的材质为碳纤维布。使用碳纤维布作为弧形包覆层与使用PE热缩膜的方案相比虽然增加了重量但是能够提供更强的支撑力，使机翼更加稳定。
在另一实施例中，所述龙骨和翼梁的连接处还开有相互配合的凹槽，所述龙骨和翼梁之间通过插接的方式固定连接。使用树脂和泡沫塑料将龙骨和翼梁固定起来虽然能够将龙骨和翼梁固定在一起，但是树脂和泡沫塑料无法承受与地面或物体发生碰撞或摩擦产生的较大的力，龙骨和翼梁的连接处仍存在容易错位的问题。
在另一实施例中，所述龙骨和翼梁的连接处还粘贴有碳纤维布。继续使用碳纤维布虽然增加了无人机的重量但是与单纯的使龙骨和翼梁插接时插接位置受力相比增加了在受力时龙骨和翼梁的受力面积，进一步的减少了错位的几率。
在进一步实施例中，所述龙骨包括从左到右分布的第一龙骨、第二龙骨和第三龙骨，所述翼梁包括从上到下分布的第一翼梁、第二翼梁和第三翼梁；第一龙骨和第三龙骨沿第二龙骨中轴线反向偏转，第一翼梁、第三翼梁沿第二翼梁中轴线反向偏转，形成整体扭转预定角度的类梯形结构。通过沿第二龙骨中轴线反向偏转的第一龙骨和第三龙骨，沿第二翼梁中轴线反向偏转第一翼梁和第三翼梁组成的扭曲的结构框架支撑起弧面包覆层，使第一龙骨切割空气时受到的压力能够被第一翼梁、第二翼梁和第三翼梁分散到第二龙骨和第三龙骨上，而且表面呈弧面扭曲的结构框架没有棱角不会对弧面包覆层造成损伤。
有益效果：本实用新型通过在价格低廉的轻木外包覆碳纤维布解决了仅使用轻木强度低，仅使用金属材料重量大，仅使用碳纤维材料成本高的问题，轻木本身的高韧性将碳纤维布支撑起来，碳纤维布的高强度对轻木进行了保护，再加上轻木和碳纤维布本身比金属轻的特点，将龙骨和翼梁设计为复合结构使机翼在同时兼具了重量轻、强度高和成本低的特点，又利用了轻木材质均匀、易加工的优点易于设计和生产出需要的龙骨和翼梁能够适合工业化生产，通过弧形包覆层覆盖龙骨和翼梁的表面使龙骨和翼梁形成整体均匀受力使机翼能够获得良好的稳定性，并且以弧形包覆层作为外壳能够根据需要设计出合适的龙骨和翼梁厚度支撑弧形包覆层获得符合空气动力学的机翼，通过受力结构框架既提供了高强度的机翼又预留有包容腔减轻了机翼重量。
附图说明
图1是本实用新型的机翼局部剖视示意图。
图2是本实用新型的复合结构剖视示意图。
图3是本实用新型的第一实施例示意图。
图4是本实用新型的第二实施例示意图。
图5是本实用新型的第三实施例示意图。
图6是本实用新型的第四实施例示意图。
图7是本实用新型的第五实施例示意图。
图1至图7所示附图标记为：龙骨1、翼梁2、弧形包覆层3、包容腔4、轻木11、碳纤维布12、泡沫塑料21、树脂22。
具体实施方式
申请人在试飞固定翼无人机时发现固定翼无人机起飞和着陆时如遇强风或地面不平而产生颠簸，固定翼无人机的机翼最容易与地面或物体产生碰撞造成损伤，严重的还会无人机无法起飞，机翼容易发生损伤的原因有地面不平整和天气等外界因素，还有现有机翼是使用单一的材料去制作机翼这一自身因素，在机翼的生产中为了获得足够的强度而选择使用金属材质去生产机翼，虽然金属材质强度大但是重量也大，这就导致无人机两侧的机翼较重，稍遇颠簸就会因产生的惯性较大发生倾斜与地面接触导致无人机无法起飞，而且金属材质的机翼在装配时还存在劳动强度过大的问题。
现有技术中也有重量相较金属材质较轻，强度也足够的碳纤维材质，但是该材质价格昂贵，若只使用该材质进行固定翼无人机的机翼的制造则成本过高不适合工业生产。
为了解决上述问题本实用新型的申请人研发了一种重量轻、成本低、高强度的机翼结构。
一种高强度机翼结构包括：龙骨1、翼梁2、弧形包覆层3、包容腔4、轻木11、碳纤维布12、泡沫塑料21、树脂22。
龙骨1和翼梁2均为复合结构，如图2所示复合结构包括：轻木11和碳纤维布12，生产时按照需要将材质均匀，易于加工的轻木11生产出需要的龙骨1或翼梁2的形状，然后使用树脂22将碳纤维布12粘贴在轻木11的表面这样使用轻木11这一世界上最轻的商品用才作为复合结构的主体能够极大的减轻龙骨1和翼梁2的重量，然后在轻木11的外侧包覆具有强度高，密度小和厚度薄优点的碳纤维布12能够对轻木11进行保护和加固，又能够使复合结构为龙骨1和翼梁2提供足够的支撑力，解决了只使用金属材质重量过大，只使用碳纤维材料成本过高的问题。
龙骨1和翼梁2组成机翼的框架后还留有包容腔4，进一步的减轻了机翼的重量，为使机翼符合空气动力学在滑翔的过程中产生足够的升力将无人机托起，所以在龙骨1和翼梁2的外侧还覆盖有弧形包覆层3，使用弧形包覆层3将包容腔4覆盖中并将龙骨1和翼梁2连结成一个整体组成机翼。
在生产机翼时，每个机翼的龙骨1和翼梁2均至少有3根，如图1所示利用轻木11材质均匀易于加工的优点将两端的龙骨1为一体式的弧形板，中间龙骨1为相互配合的两根弧形板，翼梁2为与所有龙骨1固定连接的弧形板，其中龙骨1和翼梁2的弧度可根据使用需要进行生产设计，龙骨1和翼梁2的弧度在覆盖上弧形包覆层3后直接影响机翼的外观是否符合空气动力学，在装配前使用树脂22将碳纤维布12包覆在轻木11的外侧增加轻木11的强度，使用树脂22将翼梁2和龙骨1相互交叉固定连接组成受力结构框架，最后弧形包覆层3将包容腔4覆盖中并将龙骨1和翼梁2连结成一个整体组成机翼。
在机翼工作时，利用轻木11的韧性为碳纤维布12提供了支撑力，碳纤维布12的高强度的特点又增强轻木11的强度，再加上龙骨1和翼梁2外还覆盖有弧形包覆层3来达到组成完整的符合空气动力学的机翼，而且龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3之间还留有降低重量的包容腔4，仅使成本高的碳纤维布12包覆在轻木11的表面减少了碳纤维布12的使用面积降低了生产成本，使机翼在同时兼具了重量轻、强度高和成本低的特点，解决了机翼重量过大，在遭遇颠簸时自身惯性较大而使固定翼无人机无法及时调平导致机翼受损，以及机翼重量过大装配时劳动强度过大的问题。
飞行中机翼切割空气受力从弧形包覆层3上传递到龙骨1和翼梁2上，使弧形包覆层3包覆在龙骨1和翼梁2表面，在机翼一侧受力时弧形包覆层3会发生形变，弧形包覆层3发生形变的过程中将受到的力传递到没有受力的部分达到使龙骨1和翼梁2表面受力均匀的效果。
在进一步的实施例中，为使龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3在受到压力后不发生错位还能恢复工作状态，在包容腔4内还填充有泡沫塑料21，并使泡沫塑料21与龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3固定连接，使用泡沫塑料21为龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3提供支撑力避免龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3在受到压力后发生错位，利用泡沫塑料21的弹性使龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3仍能够恢复工作状态。
在进一步的实施例中，为了提高机翼的稳定性所以使用PE热缩膜作为弧形包覆层3，利用PE热缩膜超强的缠绕力和回缩性将机翼包裹成一个整体，提供良好的稳定性，以及利用PE热缩膜表面光滑的特点降低机翼与空气的摩擦。
在另一实施例中，为进一步增加机翼的强度和稳定性，所以使用碳纤维布12作为弧形包覆层3，使用碳纤维布12作为弧形包覆层3与使用PE热缩膜的方案相比虽然增加了重量但是能够提供更大的支撑力和强度，使机翼更加稳定。
在进一步的实施例中，使用碳纤维布12作为弧形包覆层3后还可以在碳纤维布12的外侧覆盖PE热缩膜进一步的利用PE热缩膜表面光滑的特点降低机翼与空气的摩擦。
在进一步的实施例中，为了进一步的降低机翼的重量，所以轻木11、碳纤维布12、泡沫塑料21、龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3之间使用树脂22胶粘固定，胶粘的固定方式相较于使用金属螺栓螺接的固定方式不仅降低了重量，还能够填充轻木11、碳纤维布12、泡沫塑料21、龙骨1、翼梁2和弧形包覆层3间的缝隙提供支撑力。
在进一步的实施例中，如图1所示龙骨1包括从左到右分布的第一龙骨、第二龙骨和第三龙骨，翼梁2包括从上到下分布的第一翼梁、第二翼梁和第三翼梁；第一龙骨和第三龙骨沿第二龙骨中轴线反向偏转，第一翼梁、第三翼梁沿第二翼梁中轴线反向偏转，形成整体扭转预定角度的类梯形结构，类梯形结构的结构框架具有结构轻巧利于安装和维护的优点，并且机翼飞行过程中主要的受力点在第一龙骨和第一翼梁上，使第一龙骨和第三龙骨沿第二龙骨中轴线反向偏转就是使第二龙骨和第三龙骨之间均具有夹角，在第一龙骨受力时通过第一翼梁、第二翼梁和第三翼梁能够将力斜向的传递给第二龙骨和第三龙骨，根据三角形斜边最长的原理，第二龙骨和第三龙骨斜向受力的受力截面积最大能够提供的支撑力也就最大；同理第一翼梁、第三翼梁沿第二翼梁中轴线反向偏转就是使第二翼梁和第三翼梁之间均具有夹角，第一翼梁受到的力将力斜向的传递给第二翼梁和第三翼梁，使第二翼梁和第三翼梁能够提供最大的支撑力，通过偏转的设计得到稳定的能够提供支撑力的受力结构框架。
在如图3所示的第一实施例中，使用树脂22胶粘的方式将龙骨1和翼梁2固定连接，简化生产和装配工序，适合在航模等轻量级无人机中使用。
在如图4所示的第二实施例中，龙骨1和翼梁2的连接处还开有相互配合的凹槽，龙骨1和翼梁2之间通过插接的方式固定连接，使龙骨1和翼梁2的连接能够得到纯固体的支撑，相较树脂22的支撑力更大，而且插接的方式是可拆卸连接，适合在航模和航测中使用，方便无人机的拆卸携带。
在如图5所示的第三实施例中，龙骨1和翼梁2的连接处还开有相互配合的凹槽，龙骨1和翼梁2之间通过插接的方式固定连接，在龙骨1和翼梁2的连接处还填充有树脂22粘贴，又进一步的提高了支撑力和机翼的稳定性，适合在航模、航测以及农业无人机中使用。
在如图6所示的第四实施例中，原本使用树脂22胶粘固定的龙骨1和翼梁2的外侧还固定粘贴有碳纤维布12，利用碳纤维布12的高强度的特点虽然增加了机翼的重量但是也进一步的提高了机翼的强度，使无人机能够在农业无人机上得到更好的应用。
在如图7所示的第五实施例中，能够提供的强度最大，稳定性最好的机翼方案是骨和翼梁2的连接处开有相互配合的凹槽，龙骨1和翼梁2之间通过插接的方式固定连接，然后在龙骨1和翼梁2的连接处还填充有树脂22进行粘贴，最后在龙骨1和翼梁2的外侧还固定粘贴有碳纤维布12，使无人机能够承载更大的重量。
Claims (8)
1.一种高强度机翼结构，其特征在于，包括：纵向分布的龙骨（1）、横向分布的翼梁（2），以及包覆在龙骨和翼梁表面的、用于使其受力均匀的弧形包覆层（3），所述龙骨（1）和翼梁（2）均至少三根，所述龙骨（1）和翼梁（2）交叉固定连接，组成受力结构框架，所述受力结构框架与弧形包覆层之间围成包容腔（4）；
其中，所述龙骨（1）和翼梁（2）均为复合结构，所述复合结构包括轻木（11），以及包覆在轻木（11）外侧的碳纤维布（12）。
2.根据权利要求1所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述包容腔（4）内还填充有泡沫塑料（21），所述泡沫塑料（21）与龙骨（1）、翼梁（2）和弧形包覆层（3）固定连接。
3.根据权利要求2所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述轻木（11）、碳纤维布（12）、泡沫塑料（21）、龙骨（1）、翼梁（2）和弧形包覆层（3）之间使用树脂（22）胶粘固定。
4.根据权利要求3所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述弧形包覆层（3）的材质为PE热缩膜。
5.根据权利要求3所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述弧形包覆层（3）的材质为碳纤维布（12）。
6.根据权利要求3所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述龙骨（1）和翼梁（2）的连接处还开有相互配合的凹槽，所述龙骨（1）和翼梁（2）之间通过插接的方式固定连接。
7.根据权利要求6所述一种高强度机翼结构，其特征在于，所述龙骨（1）和翼梁（2）的连接处还粘贴有碳纤维布（12）。
8.根据权利要求1至7任一项所述的高强度机翼结构，其特征在于，所述龙骨（1）包括从左到右分布的第一龙骨、第二龙骨和第三龙骨，所述翼梁（2）包括从上到下分布的第一翼梁、第二翼梁和第三翼梁；第一龙骨和第三龙骨沿第二龙骨中轴线反向偏转，第一翼梁、第三翼梁沿第二翼梁中轴线反向偏转，形成整体扭转预定角度的类梯形结构。
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