CN220884781U - 一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，包括：框架组件、夹芯壁板组件、碳管组件和连接接头组件，其中，框架组件包括多个U型肋、多个梁结构和多个十字拉柱，多个U型肋、多个梁结构和多个十字拉柱连接形成吊舱主体框架；夹芯壁板组件包括侧壁板、底壁板和顶壁板，对应设置在吊舱主体框架的侧壁、底部和顶部，夹芯壁板组件与吊舱主体框架组成吊舱；碳管组件通过连接接头组件与吊舱主体框架的顶部连接，碳管组件作为与飞艇的艇体连接的过渡架。本实用新型的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，吊舱主体框架由U型肋搭建形成，可以通过增加U型肋数量，加长纵向结构件尺寸，该吊舱的结构简单且结构便于扩展，实用性和通用性更强。

Description

一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱

技术领域

本实用新型属于平流层飞艇技术领域，具体涉及一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱。

背景技术

平流层飞艇是依靠大气浮力升空的飞行器，具有机动能力的浮空飞行器平台，能够装载大尺寸、大功率多种信息化电子设备；留空时间长、航程远、可在中低空的全高度上稳定飞行；可广泛应用于交通运输、环境监测、高分辨率对地观测、遥感通信、应急救援和观光旅游等诸多民用领域。作为以轻质气体所产生的浮力克服自重和载荷的重力而升空的浮空器，轻量化是飞艇结构设计的关键技术问题，而结构材料的轻量化是实现飞艇减重的最有效的途径，大型飞艇复合材料结构就是为了减轻艇体自重，提高艇体载重量，利用碳纤维复合材料替代传统金属材料应用于大型飞艇结构骨架平台的设计与制造。

吊舱是平流层飞艇的重要组成部分，内部集成了绝大部分的载荷设备，是飞艇能够实现能源供给、飞行控制环境控制、安控等核心功能模块任务的平台。吊舱设计的要求是首先保证强度、刚度、保温和温度适用性要求等，重量越轻越好，从而可以有效增加有效任务载荷，减小主囊体尺寸和实现更高的飞行高度。

目前常见的平流层飞艇的吊舱结构大多采用碳纤维管件、碳纤维板、钛合金管件和接头等组成，其不足是一是采用较多的钛合金金属件、聚乙烯板材、底板形式承载结构导致相对重量还是偏重；框架结构简单，底板结构承受载荷受力形式相对载重量相对较小；包裹镀铝膜的聚乙烯板材保温形式可以有效防止热辐射，但热传导率较大，导致其保温效果稍差，而且，常见的平流层飞艇的吊舱结构的尺寸多为固定，无法拓展，通用性较差。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，包括：框架组件、夹芯壁板组件、碳管组件和连接接头组件，其中，

所述框架组件包括多个U型肋、多个梁结构和多个十字拉柱，所述多个U型肋、所述多个梁结构和所述多个十字拉柱连接形成吊舱主体框架；

所述夹芯壁板组件包括侧壁板、底壁板和顶壁板，对应设置在所述吊舱主体框架的侧壁、底部和顶部，所述夹芯壁板组件与所述吊舱主体框架组成吊舱；

所述碳管组件通过所述连接接头组件与所述吊舱主体框架的顶部连接，所述碳管组件作为与飞艇的艇体连接的过渡架。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，吊舱主体框架由U型肋搭建形成，可以通过增加U型肋数量，加长纵向结构件尺寸，实现了吊舱结构的模块化连接，该吊舱的结构简单且结构便于扩展，实用性和通用性更强。

2.本实用新型的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，框架组件均为碳纤维复合材料组件，夹芯壁板组件均为碳纤维层压板蒙皮和PMI泡沫形成的夹芯复合板结构，实现了吊舱结构超轻质化，而且保温效果更好。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱的示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种框架组件示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种U型肋示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种吊环连接接头示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种横联碳管连接接头示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种十字拉柱示意图；

图7是本实用新型实施例提供的一种夹芯复合板结构示意图。

图标：1-框架组件；2-夹芯壁板组件；3-碳管组件；4-连接接头组件；5-U型肋；6-底部工形梁；7-底部U形梁；8-十字拉柱；9-侧壁梁；10-顶部梁；11-主肋连接碳管；12-横连碳管；13-吊环连接接头；131-第一连接部；132-耳片；14-横联碳管连接接头；141-连接背板；142-碳管容置部。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱进行详细说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

请参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱的示意图；图2是本实用新型实施例提供的一种框架组件示意图。如图所示，本实施例的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，包括：框架组件1、夹芯壁板组件2、碳管组件3和连接接头组件4。其中，框架组件1包括多个U型肋5、多个梁结构和多个十字拉柱8，多个U型肋5、多个梁结构和多个十字拉柱8连接形成吊舱主体框架；夹芯壁板组件2包括侧壁板、底壁板和顶壁板，对应设置在吊舱主体框架的侧壁、底部和顶部，夹芯壁板组件2与吊舱主体框架组成吊舱；碳管组件3通过连接接头组件4与吊舱主体框架的顶部连接，碳管组件3作为与飞艇的艇体连接的过渡架。

本实施例的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，吊舱主体框架由U型肋搭建形成，可以通过增加U型肋数量，加长纵向结构件尺寸，实现了吊舱结构的模块化连接，该吊舱的结构简单且结构便于扩展，实用性和通用性更强。

在一个可选地实施例中，多个梁结构包括多个底部梁、多个侧壁梁9和多个顶部梁10，其中，多个U型肋5平行间隔排列；多个底部梁平行间隔设置在U型肋5的底部横梁上，且与U型肋5连接，以将多个平行排列的U型肋5串接形成吊舱主体框架的底部框架和侧壁框架；多个十字拉柱8与多个U型肋5一一对应连接，十字拉柱8与U型肋5的底部横梁垂直设置，且与U型肋5的侧边竖梁平行；相邻的U型肋5的侧边竖梁之间通过侧壁梁9连接；U型肋5的侧边竖梁与对应的十字拉柱8之间通过顶部梁10连接；相邻的多个十字拉柱8之间通过顶部梁10连接。

可选地，十字拉柱8位于U型肋5的底部横梁的中心位置出处。

在本实施例中，U型肋5、梁结构和十字拉柱8均为碳纤维复合材料的部件。

请结合参见图3所示的U型肋示意图，在一个可选的实施例中，U型肋5的侧边竖梁为横截面为“T”型的T型梁，底部横梁为横截面为“H”型的工形梁，截面尺寸为50×50mm，U型肋5的厚度为3-5mm；U型肋5的高度为800-1000mm，U形跨度为1500-1700mm；相邻两个U型肋之间的距离为400-600mm。

可选地，框架组件1在长度方向上包括4-6个肋间，即安装5-7根U形肋5。

需要说明的是，“T”型截面可有效提高制品的截面惯性矩，保证整个舱体的刚度，减小变形量，提高整体刚性和强度。

在一个可选的实施例中，多个底部梁包括两个横截面为“U”型的底部U形梁7和多个横截面为“H”型的底部工形梁6。其中，两个底部U形梁7对应设置在U型肋5的两个拐角处；多个底部工形梁6平行间隔设置在两个底部U形梁7之间；底部梁的厚度为3-5mm，截面尺寸为40×40mm。

可选地，底部工形梁6均匀分布在十字拉柱8的两侧。

需要说明的是，底部梁的长度根据载荷件尺寸要求、数量及布局要求进行设计。底部工形梁6的间距根据载荷的对接口尺寸要求，一般要求载荷连接接口与底部工形梁6连接，确保连接强度，根据载荷要求，在底部工形梁6的上侧面设计连接安装孔，孔尺寸为7-9mm，其中，与十字拉柱8相邻的中间2道底部工形梁6连在前侧超出第一个U型肋5约800-1000mm，以便于安装缓冲安全气囊。

在一个可选的实施例中，侧壁梁9为横截面为“L”型的L形梁，厚度为3-5mm，截面尺寸为40×40mm。顶部梁10为横截面为“T”型的T型梁，厚度为3-5mm，截面尺寸为40×40mm。

需要说明的是，侧壁梁9和顶部梁10的长度根据载荷件尺寸要求、数量及布局要求进行设计。

请结合参见图6所示的十字拉柱示意图，在一个可选的实施例中，十字拉柱8的横截面为“十”字型，十字拉柱8的高度为800-1000mm，厚度为3-5mm，截面尺寸为40×40mm。

在一个可选的实施例中，底部梁(底部工形梁6和底部U形梁7)与U型肋5采用粘接和铆接的组合连接方式，侧壁梁9与U型肋5采用粘接和铆接的组合连接方式，即，先采用常温固化高强结构胶粘剂粘接，待固化成型后，再采用抽芯铆钉机械连接。顶部梁10与U型肋5采用螺栓连接方式。

需要说明的是，U型肋5、侧壁梁9和顶部梁10的平面位置打螺纹孔，后续与夹芯壁板组件2形成可拆卸连接。

值得注意的是，在本实施例的吊舱主体框架中，在前舱处设置有三角结构，具体地，将连接十字拉柱8之间的顶部梁10超出前侧第一个U型肋5，然后通过侧壁梁9将该顶部梁10的前端与第一个U型肋5的两个侧边竖梁连接。在本实施例中，通过在前舱处设置有三角结构，可以减小飞艇在飞行过程中的飞行阻力。

请结合参见图7所示的夹芯复合板结构示意图，在一个可选的实施例中，夹芯壁板组件2，即侧壁板、底壁板和顶壁板的结构均为碳纤维层压板蒙皮和PMI(polymethacrylimide，聚甲基丙烯酰亚胺)泡沫形成的夹芯复合板结构。

需要说明的是，所有的夹芯复合板的侧边需要进行封边处理(包含夹芯复合板开孔部分)，夹芯复合板的侧边不允许有内芯PMI泡沫露出。

可选地，底壁板的厚度为15-20mm，其中碳纤维层压板蒙皮厚度为1.0-1.5mm；侧壁板和顶壁板的厚度均为10-15mm，其中碳纤维层压板蒙皮厚度为0.5-1.0mm。

可选地，框架组件1和夹芯壁板组件2通过M6内六角圆柱螺栓、螺母、垫片连结。其中，底壁板和前舱三角结构的侧壁板与框架组件1的主结构骨架除了机械连接之外，壁板的侧面接触位置采用常温固化高强结构胶粘剂粘接为一体化结构，侧壁板和顶壁板为可拆卸连接方式。

请继续参见图2，在一个可选的实施例中，碳管组件3包括3个主肋连接碳管11和多个横连碳管12。其中，3个主肋连接碳管11通过连接接头组件4与多个十字拉柱8的顶端、多个U型肋5的两个侧边竖梁的顶端对应连接；横连碳管12通过连接接头组件4分别与U型肋5的侧边竖梁的顶端和十字拉柱8的顶端连接。

可选地，主肋连接碳管11为直径40mm，壁厚2.5mm高强碳管。

在一个可选的实施例中，连接接头组件4包括吊环连接接头13和横连碳管连接接头14。

可选地，吊环连接接头13和横联碳管连接接头14均为航空铝合金7075T材料。

请结合参见图4和图5所示的吊环连接接头和横联碳管连接接头的示意图。吊环连接接头13包括第一连接部131和两个耳片132，第一连接部131呈中空圆柱形，两个耳片132与第一连接部131的侧壁连接，耳片132上设置有一组连接孔。其中，两个耳片132之间的第一连接部131的侧壁镂空，形成一个类似“Ω”的形状。

横连碳管连接接头14包括连接背板141和碳管容置部142，碳管容置部142呈中空圆柱形，碳管容置部142的一端固定在连接背板141的中心位置处，连接背板141上设置有两组连接孔，分别位于碳管容置部142的上方和下方。

连接接头组件4在使用时，吊环连接接头13和横连碳管连接接头14，通过耳片132与连接背板141的一组连接孔实现连接，连接接头组件4与吊舱主体框架的顶部，通过连接背板141的另一组连接孔实现连接；吊环连接接头13的第一连接部131套接在主肋连接碳管11上，横连碳管12的端部插接在横连碳管连接接头14的碳管容置部142内。

需要说明的是，主肋连接碳管11和横连碳管12通过连接接头组件4与吊舱主体框架实现插接粘接和螺栓连接组合的紧固连接方式。可选地，粘接剂采用常温固化环氧树脂粘接剂，高强连接螺栓的强度等级为12.9级，螺母为强度等级A2-40的防松动自锁不锈钢螺母。

本实施例的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，框架组件均为碳纤维复合材料组件，夹芯壁板组件均为碳纤维层压板蒙皮和PMI泡沫形成的夹芯复合板结构，实现了吊舱结构超轻质化，而且保温效果更好。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，包括：框架组件、夹芯壁板组件、碳管组件和连接接头组件，其中，

所述框架组件包括多个U型肋、多个梁结构和多个十字拉柱，所述多个U型肋、所述多个梁结构和所述多个十字拉柱连接形成吊舱主体框架；

所述夹芯壁板组件包括侧壁板、底壁板和顶壁板，对应设置在所述吊舱主体框架的侧壁、底部和顶部，所述夹芯壁板组件与所述吊舱主体框架组成吊舱；

所述碳管组件通过所述连接接头组件与所述吊舱主体框架的顶部连接，所述碳管组件作为与飞艇的艇体连接的过渡架。

2.根据权利要求1所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述多个梁结构包括多个底部梁、多个侧壁梁和多个顶部梁，其中，

所述多个U型肋平行间隔排列；

所述多个底部梁平行间隔设置在所述U型肋的底部横梁上，且与所述U型肋连接，以将多个平行排列的U型肋串接形成吊舱主体框架的底部框架和侧壁框架；

所述多个十字拉柱与所述多个U型肋一一对应连接，所述十字拉柱与所述U型肋的底部横梁垂直设置，且与所述U型肋的侧边竖梁平行；

相邻的所述U型肋的侧边竖梁之间通过所述侧壁梁连接；

所述U型肋的侧边竖梁与对应的所述十字拉柱之间通过所述顶部梁连接；

相邻的所述多个十字拉柱之间通过所述顶部梁连接。

3.根据权利要求2所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，

所述U型肋的侧边竖梁为横截面为“T”型的T型梁，底部横梁为横截面为“H”型的工形梁，所述U型肋的厚度为3-5mm；

所述U型肋的高度为800-1000mm，U形跨度为1500-1700mm；

相邻两个U型肋之间的距离为400-600mm。

4.根据权利要求2所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述多个底部梁包括两个横截面为“U”型的底部U形梁和多个横截面为“H”型的底部工形梁，其中，

所述两个底部U形梁对应设置在所述U型肋的两个拐角处；所述多个底部工形梁平行间隔设置在所述两个底部U形梁之间；

所述底部梁的厚度为3-5mm。

5.根据权利要求2所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述侧壁梁为横截面为“L”型的L形梁，厚度为3-5mm；

所述顶部梁为横截面为“T”型的T型梁，厚度为3-5mm；

所述十字拉柱的横截面为“十”字型，所述十字拉柱的高度为800-1000mm，厚度为3-5mm。

6.根据权利要求2所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述底部梁与所述U型肋采用粘接和铆接的组合连接方式，所述侧壁梁与所述U型肋采用粘接和铆接的组合连接方式，所述顶部梁与所述U型肋采用螺栓连接方式。

7.根据权利要求2所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述框架组件均为碳纤维复合材料组件。

8.根据权利要求1所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述侧壁板、所述底壁板和所述顶壁板的结构均为碳纤维层压板蒙皮和PMI泡沫形成的夹芯复合板结构；

所述底壁板的厚度为15-20mm，其中碳纤维层压板蒙皮厚度为1.0-1.5mm；

所述侧壁板和所述顶壁板的厚度均为10-15mm，其中碳纤维层压板蒙皮厚度为0.5-1.0mm。

9.根据权利要求1所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述碳管组件包括3个主肋连接碳管和多个横连碳管，其中，

所述3个主肋连接碳管通过所述连接接头组件与所述多个十字拉柱的顶端、所述多个U型肋的两个侧边竖梁的顶端对应连接；

所述横连碳管通过所述连接接头组件分别与所述U型肋的侧边竖梁的顶端和所述十字拉柱的顶端连接。

10.根据权利要求9所述的平流层飞艇用碳纤维复合材料吊舱，其特征在于，所述连接接头组件包括吊环连接接头和横连碳管连接接头，其中，

所述吊环连接接头包括第一连接部和两个耳片，所述第一连接部呈中空圆柱形，所述两个耳片与所述第一连接部的侧壁连接，所述耳片上设置有一组连接孔；

所述横连碳管连接接头包括连接背板和碳管容置部，所述碳管容置部呈中空圆柱形，所述碳管容置部的一端固定在所述连接背板的中心位置处，所述连接背板上设置有两组连接孔，分别位于所述碳管容置部的上方和下方；

所述吊环连接接头和所述横连碳管连接接头，通过所述耳片与所述连接背板的一组连接孔实现连接，所述连接接头组件与所述吊舱主体框架的顶部，通过所述连接背板的另一组连接孔实现连接；所述吊环连接接头的第一连接部套接在所述主肋连接碳管上，所述横连碳管的端部插接在所述横连碳管连接接头的碳管容置部内。