CN220701339U - 一种轻量化机翼及包括该轻量化机翼的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻量化机翼及包括该轻量化机翼的飞行器，属于飞行器机翼技术领域，包括机翼框架组件和蒙皮；所述蒙皮包括外蒙皮和内蒙皮；所述机翼框架组件外贴附设有内蒙皮；所述外蒙皮设置于所述内蒙皮的外侧；所述外蒙皮与所述内蒙皮之间具有容纳腔，所述容纳腔中填充有支撑组件，所述支撑组件用于支撑所述内蒙皮和所述外蒙皮。本实用新型通过对机翼蒙皮结构进行改进，在机翼的内蒙皮和外蒙皮之间增加支撑组件结构使得蒙皮更加轻量化；并且，通过前支撑部、中段支撑部和后支撑部对机翼不同位置进行支撑，在满足轻量化的同时，还保证了机翼的承载性能。本实用新型能有效改善现有轻量化机翼存在结构复杂、技术难度大以及成本较高的问题。

Description

一种轻量化机翼及包括该轻量化机翼的飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器机翼技术领域，具体涉及一种轻量化机翼及包括该轻量化机翼的飞行器。

背景技术

飞机的减重一直是飞机工业关注的重点。据报道，对于民用飞机，每减轻一磅重量，每月可节约使用成本约两百美元；对于军用喷气式飞机，每减轻一磅重量，每月可节约使用成本约两千美元。因此，减轻飞机的重量，对提高飞机的航程、减少运营和维护成本具有非常显著的经济效益；同时还可以降低碳排放，有利于维护生态环境。机翼作为飞机的重要部件之一，机翼轻量化设计的研究是目前国际上飞机领域最活跃的研究方向之一。

现有技术中，对于机翼结构的减重，一般从材料方面进行考量和设计。例如，文献号为CN 115214873A的中国专利公开了一种层压混杂复合材料机翼结构，该方案包括若干翼肋、桁架、翼梁和机翼蒙皮外壳，各个翼肋、桁架和翼梁位于机翼蒙皮外壳内部，各个翼肋在翼梁上沿翼梁的长度方向均匀间隔布置，各个翼肋之间通过桁架相连接，各个翼肋的外周边紧贴机翼蒙皮外壳的内侧面；机翼结构通过翼梁的一端安装在飞机机身上作为飞机的侧翼。同时，该发明的机翼结构将混杂复合材料引入到机翼的优化设计当中，能够满足机翼结构重量等多方面的综合要求。

但是，现有方案存在的问题是：目前在飞机结构材料中，金属和非金属以及复合材料在材料方面轻量化成本较高，技术难度大且结构复杂。故需要更合理的结构设计来进行飞机机翼轻量化，从结构设计方面更能达到飞机轻量化的效果。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种轻量化机翼及包括该轻量化机翼的飞行器，拟解决现有轻量化机翼存在结构复杂、技术难度大以及成本较高的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种轻量化机翼，包括机翼框架组件和蒙皮；所述蒙皮包括外蒙皮和内蒙皮；所述机翼框架组件外贴附设有内蒙皮；所述外蒙皮设置于所述内蒙皮的外侧；所述外蒙皮与所述内蒙皮之间具有容纳腔，所述容纳腔中填充有支撑组件，所述支撑组件用于支撑所述内蒙皮和所述外蒙皮。

进一步的，所述支撑组件包括前支撑部、中段支撑部和后支撑部；所述前支撑部设置于所述机翼框架的前端，所述后支撑部设置于所述机翼框架的后端，所述中段支撑部位于所述前支撑部和后支撑部之间。

进一步的，所述前支撑部包括多个沿左右方向延伸的第一柱状气囊；多个所述第一柱状气囊均匀排列，且所述第一柱状气囊的直径和所述容纳腔的宽度相匹配；多个所述第一柱状气囊之间设有第一填充物，所述第一填充物用于固定所述第一柱状气囊。

进一步的，所述后支撑部包括至少一个沿左右方向延伸的第二柱状气囊；所述第二柱状气囊和所述内蒙皮、外蒙皮之间设有第二填充物，所述第二填充物用于固定所述第二柱状气囊。

进一步的，所述中段支撑部包括上中段支撑部和下中段支撑部；所述上中段支撑部和下中段支撑部均包括若干个支撑块；若干个所述支撑块间隔设置于所述外蒙皮与所述内蒙皮之间，且相邻所述支撑块之间的距离从前往后逐渐增大；相邻所述支撑块之间设有矩形气囊。

进一步的，所述机翼框架组件包括若干个从前往后依次连接的机翼框架，相邻所述机翼框架之间设有第三填充物。

进一步的，所述第一填充物、第二填充物、第三填充物和支撑块的材质均为硬质泡沫。

进一步的，所述蒙皮的材质为箔材。

进一步的，所述机翼框架的材质为铝合金、钢和碳纤维中的一种。

一种飞行器，包括机身，所述机身两侧均设有上述的一种轻量化机翼。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提供的一种轻量化机翼，通过对机翼蒙皮结构进行改进，在机翼的内蒙皮和外蒙皮之间增加支撑组件的结构使得蒙皮更加轻量化；并且，通过前支撑部、中段支撑部和后支撑部对机翼不同位置进行支撑，在满足轻量化的同时，还保证了机翼的承载性能。

2.本实用新型提供的一种轻量化机翼，将传统的蒙皮板材换成箔材，降低原本的机翼蒙皮的重量，节省材料和经费。

3.本实用新型提供的一种轻量化机翼，设计了一种全新的轻量化机翼框架组件，且机翼框架之间采用硬质泡沫填充，增加了机翼的弹性，提高了疲劳强度。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种轻量化机翼的整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的一种轻量化机翼的前支撑部和中段支撑部的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种轻量化机翼的后支撑部的结构示意图。

附图中：1-外蒙皮、2-内蒙皮、3-第一柱状气囊、4-第一填充物、5-第二柱状气囊、6-第二填充物、7-支撑块、8-矩形气囊、9-机翼框架、10-第三填充物。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本实用新型进一步详细说明，但是本实用新型不局限于以下实施例。

实施例一：

见附图1-3。一种轻量化机翼，包括机翼框架组件和蒙皮；所述蒙皮包括外蒙皮1和内蒙皮2；所述机翼框架组件外贴附设有内蒙皮2；所述外蒙皮1设置于所述内蒙皮2的外侧；所述外蒙皮1与所述内蒙皮2之间具有容纳腔，所述容纳腔中填充有支撑组件，所述支撑组件用于支撑所述内蒙皮2和所述外蒙皮1。由上述结构可知，本实用新型提供了一种轻量化机翼，具体包括机翼框架组件和蒙皮，其中，机翼框架组件为机翼的内部框架，是机翼的承力结构。蒙皮设置在机翼框架组件外表面，形成流线型的机翼外表面，使机翼的阻力尽量小。具体的，机翼框架组件外贴附设有内蒙皮2，也即是内蒙皮2合围出内部空间，机翼框架组件设置于内部空间中；内蒙皮2的外侧设置有外蒙皮1，且外蒙皮1与内蒙皮2之间具有容纳腔，容纳腔中填充有支撑组件，支撑组件可用于支撑内蒙皮2和外蒙皮1，使机翼在空中飞行时结构形状保持不变，并且进一步减轻机翼的整体重量。例如，填充组件可为气囊，气囊上配合有气阀，通过气阀向气囊中充入氢气或氦气等轻质气体，并使气囊有一定量的压力，随着飞行器升空上升高度，气压降低，气囊会进一步膨胀，以抵抗飞行中机翼蒙皮受到的力，并使蒙皮保持正常形状。蒙皮可采用常规的金属蒙皮或复合材料蒙皮。本实用新型提供的一种轻量化机翼，通过从结构设计方面来进行飞机机翼轻量化，相比于从材料方面进行考量和设计的方式，本实用新型的轻量化机翼结构更加简单、成本更加低廉。

实施例二：

见附图1-3。在实施例一的基础上，所述支撑组件包括前支撑部、中段支撑部和后支撑部；所述前支撑部设置于所述机翼框架的前端，所述后支撑部设置于所述机翼框架的后端，所述中段支撑部位于所述前支撑部和后支撑部之间。由上述结构可知，外蒙皮1和内蒙皮2之间形成的容纳空间遍布机翼框架组件整个外表面。以飞行器的机身轴线为基准，定义机翼长度方向为垂直于机身轴线的方向，机翼宽度方向为平行于机身轴线的方向；定义机翼前端为沿机翼宽度方向且靠近机头的一侧，机翼后端为沿机翼宽度方向且靠近机尾的一侧。根据飞行器在飞行时的机翼的受力情况可知，在空中飞行过程中，机翼不同位置所受到的力是不同的，具体的，相较于机翼中段和后端，机翼前端所受到的阻力更大。因此，本实用新型提供的支撑组件针对机翼不同位置受力情况，通过前支撑部、中段支撑部和后支撑部对机翼不同位置进行支撑，在满足轻量化的同时，还保证了机翼的承载性能。具体的，前支撑部设置于机翼框架的前端，后支撑部设置于机翼框架的后端，中段支撑部位于前支撑部和后支撑部之间。

所述前支撑部包括多个沿左右方向延伸的第一柱状气囊3；多个所述第一柱状气囊3均匀排列，且所述第一柱状气囊3的直径和所述容纳腔的宽度相匹配；多个所述第一柱状气囊3之间设有第一填充物4，所述第一填充物4用于固定所述第一柱状气囊3。由上述结构可知，前支撑部用于对位于机翼前端的外蒙皮1和内蒙皮2之间的容纳腔位置进行支撑，如图2所示，前支撑部包括多个沿左右方向延伸的第一柱状气囊3，也即是第一柱状气囊3延伸方向和机翼长度方向一致，多个第一柱状气囊3均匀排列，采用密集的第一柱状气囊3可以使机翼在高负载下前缘形状不变，且更加轻量化。同时，在多个第一柱状气囊3之间还填充有第一填充物4，例如，第一填充物4可采用硬质泡沫，第一填充物4既可以作为外蒙皮1和内蒙皮2之间的支撑结构，也对第一柱状气囊3起着固定作用，使飞行器保持可靠工作。

所述后支撑部包括至少一个沿左右方向延伸的第二柱状气囊5；所述第二柱状气囊5和所述内蒙皮2、外蒙皮1之间设有第二填充物6，所述第二填充物6用于固定所述第二柱状气囊5。由上述结构可知，后支撑部用于对位于机翼后端的外蒙皮1和内蒙皮2之间的容纳腔位置进行支撑，如图3所示，后支撑部结构与前支撑部结构类似，后支撑部包括至少一个沿左右方向延伸的第二柱状气囊5，第二柱状气囊5和内蒙皮2、外蒙皮1之间设置有第二填充物6，第二填充物6可和第一填充物4采用相同材料，例如，第一填充物4和第二填充物均可采用硬质泡沫。

所述中段支撑部包括上中段支撑部和下中段支撑部；所述上中段支撑部和下中段支撑部均包括若干个支撑块7；若干个所述支撑块7间隔设置于所述外蒙皮1与所述内蒙皮2之间，且相邻所述支撑块7之间的距离从前往后逐渐增大；相邻所述支撑块7之间设有矩形气囊8。由上述结构可知，中段支撑部用于对位于机翼中间位置的外蒙皮1和内蒙皮2之间的容纳腔位置进行支撑，如图1所示，中段支撑部包括上中段支撑部和下中段支撑部，上中段支撑部和下中段支撑部分别位于机翼框架上方和下方。上中段支撑部和下中段支撑部结构相似，具体的，均包括若干个支撑块7和矩形气囊8，若干个支撑块7间隔支撑在外蒙皮1与内蒙皮2之间，相邻两个支撑块7之间放置矩形气囊8。支撑块7既作为外蒙皮1和内蒙皮2之间的支撑，也作为矩形气囊8固定的作用，且机翼前端附近的支撑块7相对较多，间隔距离稍小，机翼中段及后端的支撑块7间隔距离稍大，相对较少，因为此处的蒙皮受到的力相对较小。例如，支撑块7可采用硬质泡沫，通过胶粘的方式，将硬质泡沫两端刷上胶水，从而固定在外蒙皮1和内蒙皮2之间，矩形气囊8内充入一定量的轻质气体。

所述机翼框架组件包括若干个从前往后依次连接的机翼框架9，相邻所述机翼框架9之间设有第三填充物10。由上述结构可知，本实用新型还提供了一种机翼框架组件，机翼框架组件作为机翼的承力结构，具体包括若干个从前往后依次连接的机翼框架9，且相邻机翼框架9之间的间隙处设置有第三填充物10，例如，第三填充物10可采用硬质泡沫，本实用新型提供的机翼框架组件增加了机翼的弹性，提高疲劳强度。

所述第一填充物4、第二填充物6、第三填充物10和支撑块7的材质均为硬质泡沫。由上述结构可知，硬质泡沫容重很低，可减轻机翼重量；同时，具有优良的冲击、振动能量的吸收性。

所述蒙皮的材质为箔材。由上述结构可知，本实用新型提供的一种轻量化机翼，将传统的蒙皮板材换成箔材，降低原本的机翼蒙皮的重量，节省材料和经费。

所述机翼框架9的材质为铝合金、钢和碳纤维中的一种。由上述结构可知，机翼框架9可使用铝合金、钢、或者碳纤维材料制作。

实施例三：

见附图1-3。在实施例二的基础上，一种飞行器，包括机身，所述机身两侧均设有上述的一种轻量化机翼。由上述结构可知，本实用新型还提供了一种飞行器，包括机身，该机身两侧均设置有一个上述的轻量化机翼。优选的，两个轻量化机翼对称设置于机身的左右两侧。飞行器在飞行过程中，随着飞行器升空上升高度，气压降低，轻量化机翼中的矩形气囊8会进一步膨胀，以抵抗飞行中机翼蒙皮受到的力，并使蒙皮保持正常形状。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种轻量化机翼，其特征在于：包括机翼框架组件和蒙皮；所述蒙皮包括外蒙皮(1)和内蒙皮(2)；所述机翼框架组件外贴附设有内蒙皮(2)；所述外蒙皮(1)设置于所述内蒙皮(2)的外侧；所述外蒙皮(1)与所述内蒙皮(2)之间具有容纳腔，所述容纳腔中填充有支撑组件，所述支撑组件用于支撑所述内蒙皮(2)和所述外蒙皮(1)。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述支撑组件包括前支撑部、中段支撑部和后支撑部；所述前支撑部设置于所述机翼框架的前端，所述后支撑部设置于所述机翼框架的后端，所述中段支撑部位于所述前支撑部和后支撑部之间。

3.根据权利要求2所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述前支撑部包括多个沿左右方向延伸的第一柱状气囊(3)；多个所述第一柱状气囊(3)均匀排列，且所述第一柱状气囊(3)的直径和所述容纳腔的宽度相匹配；多个所述第一柱状气囊(3)之间设有第一填充物(4)，所述第一填充物(4)用于固定所述第一柱状气囊(3)。

4.根据权利要求3所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述后支撑部包括至少一个沿左右方向延伸的第二柱状气囊(5)；所述第二柱状气囊(5)和所述内蒙皮(2)、外蒙皮(1)之间设有第二填充物(6)，所述第二填充物(6)用于固定所述第二柱状气囊(5)。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述中段支撑部包括上中段支撑部和下中段支撑部；所述上中段支撑部和下中段支撑部均包括若干个支撑块(7)；若干个所述支撑块(7)间隔设置于所述外蒙皮(1)与所述内蒙皮(2)之间，且相邻所述支撑块(7)之间的距离从前往后逐渐增大；相邻所述支撑块(7)之间设有矩形气囊(8)。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述机翼框架组件包括若干个从前往后依次连接的机翼框架(9)，相邻所述机翼框架(9)之间设有第三填充物(10)。

7.根据权利要求6所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述第一填充物(4)、第二填充物(6)、第三填充物(10)和支撑块(7)的材质均为硬质泡沫。

8.根据权利要求1所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述蒙皮的材质为箔材。

9.根据权利要求7所述的一种轻量化机翼，其特征在于：所述机翼框架(9)的材质为铝合金、钢和碳纤维中的一种。

10.一种飞行器，其特征在于：包括机身，所述机身两侧均设有如权利要求1至9任意一项所述的一种轻量化机翼。