CN220701340U - 一种中空轻质型的仿生夹层舵翼 - Google Patents
一种中空轻质型的仿生夹层舵翼 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种中空轻质型的仿生夹层舵翼，包括包裹在舵翼表面的外蒙皮，以及置于所述外蒙皮内部的空心夹层，所述空心夹层包括夹芯筋条结构和排粉结构，所述夹芯筋条结构设置在舵翼内部的主要承力区域，所述排粉结构分布在所述夹芯筋条结构上。本实用新型通过对筋条结构的创新，在满足结构强度等力学性能要求的同时，达到提升舵翼轻质化的目的；本实用新型的仿生结构通过蒙皮‑点阵‑蒙皮的夹芯结构减少结构重量增加结构比刚度，内部点阵结构采用BCC点阵，避免产生内部打印支撑结构；同时通过排粉结构使打印结构排粉过程容易化，便于结构打印后的后期处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及舵翼结构设计，特别涉及一种中空轻质型的仿生夹层舵翼。
背景技术
在中国航空航天产业快速发展的背景下，各种航空航天装备对于轻量化的要求越来越强烈。而舵翼结构作为飞行器的主要承力部件之一，研制轻质高强的新型舵翼对提高其飞行性能具有重要意义。在确保安全性和性能的前提下，轻量化是改善有效载荷、飞行距离和单位结构重量的费用与效果比的重要方法。随着仿生结构的不断发展，越来越多的高性能仿生结构被生产出来，极其符合航空航天的需求。目前的仿生舵翼大多直接机械采用统一栅格布局，不考虑每种类型的舵翼所受的实际载荷修改筋条布局，且筋条均为实心筋条，重量较重，难以满足轻量化的要求。所以在保证安全的情况下，具有更轻重量，更优性能的中空、轻质型仿生夹层舵翼结构是极度需要的。
实用新型内容
实用新型目的：针对以上问题，本实用新型目的是提供一种中空轻质型的仿生夹层舵翼，从结构角度解决传统3D打印制造的舵翼模型排粉问题和轻质化的需求问题。
技术方案：本实用新型的一种中空轻质型的仿生夹层舵翼，包括包裹在舵翼表面的外蒙皮，以及置于所述外蒙皮内部的空心夹层，所述空心夹层包括夹芯筋条结构和排粉结构，所述夹芯筋条结构设置在舵翼内部的主要承力区域，所述排粉结构分布在所述夹芯筋条结构上。
进一步，所述夹芯筋条结构包括上蒙皮、点阵结构和下蒙皮，所述上蒙皮和所述下蒙皮为夹芯筋条结构的两侧表面，所述点阵结构位于所述上蒙皮和所述下蒙皮的中间。
进一步，所述点阵结构为体心立方点阵结构。
进一步，所述排粉结构为水滴型圆孔，且贯通设置在所述夹芯筋条结构上。
进一步，该所述仿生夹层舵翼由3D打印技术实现。
有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：本实用新型通过对筋条结构的创新，在满足结构强度等力学性能要求的同时，达到提升舵翼轻质化的目的；本实用新型的仿生结构通过蒙皮-点阵-蒙皮的夹芯结构减少结构重量增加结构比刚度，内部点阵结构采用BCC点阵，避免产生内部打印支撑结构；同时通过排粉结构使打印结构排粉过程容易化，便于结构打印后的后期处理。
附图说明
图1为实施例中仿生夹层舵翼外部的结构示意图；
图2为实施例中仿生夹层舵翼端部的截面图；
图3为实施例中仿生夹层舵翼内部的截面图；
图4为实施例中夹芯筋条结构的分布示意图；
图5为实施例中夹芯筋条结构的截面图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。
本实施例所述的一种中空轻质型的仿生夹层舵翼，图1为该仿生夹层舵翼的外部结构示意图，该仿生夹层舵翼包括外蒙皮1和空心夹层2，其中外蒙皮1包裹在舵翼表面，空心夹层2置于外蒙皮内部，舵翼内部截面图如图2-4所示，空心夹层2包括夹芯筋条结构4和排粉结构3，夹芯筋条结构4设置在舵翼内部的主要承力区域，用于承受舵翼受到的载荷，排粉结构3分布在夹芯筋条结构4上，用于排出3D打印过程中产生的粉末。
为了承受受到的载荷，需在主要承力区域设计夹芯筋条结构4，用来承受主要载荷，在非主要受力区域则留有空腔，即筋条与筋条之间为空腔，减少舵翼结构的整体质量，满足轻量化的要求。如图5所示，夹芯筋条结构4包括上蒙皮、点阵结构和下蒙皮，上蒙皮和下蒙皮为夹芯筋条结构4的两侧表面，点阵结构位于上蒙皮和下蒙皮的中间。考虑到制造工艺的约束，所选用的点阵结构必须能够自支撑打印，否则会在舵面内部产生大量无法去除的支撑，增加重量，BCC点阵为体心立方点阵结构，由8条杆组成，8条杆由立方体的体心连接至立方体的8个顶点形成。由于其45°夹角，使得3D打印不需要支撑结构，且通过比较，发现填充点阵的最大作用是提高刚度，防止失稳的作用，所以满足质量越轻越满足优化要求，在使用相同的材料质量情况下，BCC点阵结构在相同的体积下质量最轻，且提高整体加筋结构刚性，最符合优化设计的要求，故本实施例中采用BCC点阵结构进行填充。利用仿生蒙皮-点阵-蒙皮的夹芯筋条结构4，减少了舵翼结构质量，增加了结构的比刚度。
进一步该排粉结构3为水滴型圆孔，且贯通设置在夹芯筋条结构4上。为了让粉末更加流畅的排出，在设计时将部分密闭空间打通，连成通路，后期通过焊接或者螺栓的形式进行封闭，既能保证粉末的流畅排除，又能减少大量支撑，水滴型圆孔能够避免增材制造时产生支撑结构。
该仿生夹层舵翼由3D打印技术实现，可用于代替传统的筋条结构舵翼，在保证结构强度的要求下，能够大大降低结构质量，满足轻量化要求，且在一定程度上提高结构的比刚度，减少结构的内部支撑结构，3D打印制造成型以后利用排粉结构排粉更加容易。
本实用新型通过对筋条结构的创新，在满足结构强度等力学性能要求的同时，达到提升舵翼轻质化的目的。与传统筋条舵翼结构相比，本实用新型的仿生结构在于通过蒙皮-点阵-蒙皮的夹芯结构减少结构重量增加结构比刚度，内部点阵结构采用BCC点阵，避免产生内部打印支撑结构，同时通过排粉结构使打印结构排粉过程容易化，便于结构打印后的后期处理。
Claims (5)
1.一种中空轻质型的仿生夹层舵翼，其特征在于，包括包裹在舵翼表面的外蒙皮，以及置于所述外蒙皮内部的空心夹层，所述空心夹层包括夹芯筋条结构和排粉结构，所述夹芯筋条结构设置在舵翼内部的主要承力区域，所述排粉结构分布在所述夹芯筋条结构上。
2.根据权利要求1所述的仿生夹层舵翼，其特征在于，所述夹芯筋条结构包括上蒙皮、点阵结构和下蒙皮，所述上蒙皮和所述下蒙皮为夹芯筋条结构的两侧表面，所述点阵结构位于所述上蒙皮和所述下蒙皮的中间。
3.根据权利要求2所述的仿生夹层舵翼，其特征在于，所述点阵结构为体心立方点阵结构。
4.根据权利要求1所述的仿生夹层舵翼，其特征在于，所述排粉结构为水滴型圆孔，且贯通设置在所述夹芯筋条结构上。
5.根据权利要求1所述的仿生夹层舵翼，其特征在于，该所述仿生夹层舵翼由3D打印技术实现。
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2023
- 2023-08-25 CN CN202322296509.2U patent/CN220701340U/zh active Active
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