一种无人机机翼一体复合梁结构的制作方法

本实用新型属于航空工程结构技术领域，尤其涉及一种无人机机翼一体复合梁结构。

背景技术：

追求长航时的无人机，多采用高展弦比的设计，以降低诱导阻力，提高升阻比。但是，大展弦比的机翼，其根部需要承受巨大的弯矩，及扭转力矩。翼梁作为机翼的主要受力件，对机翼的强度起到了至关重要的作用。目前大展弦比的机翼的翼梁制造方法多为模造：翼梁的上下缘条及腹板一般为全碳纤维或玻璃钢材料在模具中成型。此法得到的翼梁，强度高，且翼梁各处的强度分布，可以通过改变纤维铺层的数量，方向来实现。但是，因为制作过程需要匹配翼梁形状的模具，及配套设备，成本居高不下。所以需要一种制作方便，结构合理，容易推广的新型翼梁。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供了一种无人机机翼一体复合梁结构，实现了低成本、制作方便、结构合理和容易推广的新型翼梁，其性能满足大展弦比机翼对梁强度的要求。

本实用新型采用的技术方案是：

结构包括由沿梁延伸方向的缘条基材、腹板基材、方形基材和内部填充层构成的梁实体结构以及包覆在梁实体结构外的缘条加强层和腹板加强层，两块平行的腹板基材分别支撑在两块平行的缘条基材之间两侧，两块缘条基材和两块腹板基材相搭建形成的中间腔中设置内部填充层和位于内部填充层两端的方形基材，由此形成梁实体结构；并在缘条基材的外表面覆有缘条加强层，在缘条加强层和实体结构的外表面包覆腹板加强层，腹板基材外侧面开有用于与翼肋相连接的定位孔。

基材的作用在于定型及承受抗压。

所述的缘条基材、方形基材、腹板基材和内部填充层采用木质材料或抗压泡沫，缘条加强层和腹板加强层采用纤维增强复合材料。

纤维增强复合材料具体是采用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维活着尼龙纤维等增强型纤维。

制作过程中，所述缘条加强层和腹板加强层均与梁实体结构外表面的缘条基材和通过胶粘剂粘一起。

所述的缘条加强层和腹板加强层沿梁延伸方向的截面尺寸沿展向渐变，尺寸从根部至梢部由大变小。

所述的胶粘剂是不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂或者结构胶。

所述的内部填充层采用木材、抗压的泡沫(PMI，XPS)或蜂窝夹芯层。

所述的腹板加强层是由加强纤维以网格的形状缠绕在梁实体结构外侧形成。

为了获得最佳的加强效果，在缘条基材外侧，固定缘条加强层，其采用纤维增强复合材料，各向异性，沿纤维方向具有很强的抗拉性能，与基材复合后，综合性能更优异。

纤维增强复合材料具体能采用玻璃钢或者碳纤维增强复合材料(cFRP)。

所述的腹板基材，采用各项异性的木材，其木纹方向垂直于翼展方向，目的在于维持翼梁形状，防止上下缘条因受挤拉变形，结构失稳。

所述的腹板加强层，采用纤维增强复合材料缠绕的方式，包覆在一体梁外侧，纤维方向斜置。此举，可以在缘条加强层与缘条基材之间形成连接支点，有效防止缘条加强层剥离，而导致结构变形，另，斜置的纤维加强层，有利于提高腹板的抗剪性能，以及梁整体的抗扭能力，进一步提高一体梁的力学性能。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一体复合梁结构能够广泛用于长航时无人机，太阳能无人机等对翼梁强度要求高的无人机。

本实用新型结构简单，合理，取材容易，制作条件没有太高的要求，制造成本低，便于推广。

本实用新型结构设计合理，梁加强材料布置在梁上下表面，且沿翼展方向受力截面渐变，腹板加强层斜置，提高腹板抗剪性能及梁的抗扭性能，整体力学性能优异，满足大展弦比无人机机翼对梁强度的要求。

本实用新型一体梁腹板上留有定位孔，便于构架翼肋的精确定位，降低下一步的组装难度，提高了组装的精度，进而提高了结构的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，截面为口型，加强缘条布置在上下表面的位置。

图2是本实用新型腹板基材的俯视图。

图3是本实用新型横截面示意图。

图中：1、缘条基材，2、腹板基材，3、缘条加强层，4、腹板加强层，5、内部填充层，6、定位孔，7、方形基材。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行描述。

如图1所示，本实用新型一体复合梁结构包括由沿梁延伸方向(即翼展方向)的缘条基材1、腹板基材2、方形基材7和内部填充层5构成的梁实体结构以及包覆在梁实体结构外的缘条加强层3和腹板加强层4，两块平行的腹板基材2分别支撑在两块平行的缘条基材1之间两侧，两块缘条基材1和两块腹板基材2相搭建形成的中间腔中设置内部填充层5和位于内部填充层5两端的方形基材7，由此形成梁实体结构；并在缘条基材1的外表面覆有缘条加强层3，在缘条加强层3和实体结构的外表面包覆腹板加强层4，腹板基材2外侧面开有用于与翼肋相连接的定位孔6。

本实用新型的实施例及其实施制备过程如下：

具体实施中，内部填充层置于一体梁的内部，用于结构抗压，防结构失稳，本实施例中，采用PMI泡沫作为内部填充材料。

内部填充层，需与外侧缘条基材及腹板基材组合而成的箱型结构粘接紧密，本实施例中，采用常温固化的环氧树脂胶进行两者的粘接。

缘条基材与缘条加强层，通过胶粘的方式粘接在一起，在本实施例中，采用了常温固化的环氧树脂。

腹板加强层，需要沿翼展方向渐截面渐变，本实施例中，采用12K辗宽碳纤维丝作为加强纤维，通过在不同位置布置不同数目的纤维丝，来达到截面渐变的效果，本实施例中，翼梁长为2.7m，从翼梁的根部至梢部，间隔300mm,分别布置14根，13根，12根，11根，10根，8根，6根，4根，1根，更为具体的布置方式为，先布置2.7m长的12K纤维丝一根，再从根部起布置2.4m长的纤维丝3根，接着从根部起布置2.1M长的12K纤维丝2根，以此类推。直到梁各处布置了相应数目的纤维丝。

另外，在本实施例中，考虑到机翼上缘条主要受压，而机翼下缘条主要受拉，材料抗拉性能优于抗压，所以，上缘条实际布置的纤维丝数量，为下缘条布置数量的1.5倍。

缘条基材和缘条加强层，经过复合处理后成为一体，本实施例中，复合处理后的缘条，与方形基材7粘接，形成T型缘条，这样的结构，利于与腹板的粘接定位。

本实用新型解决了现有一体复合机翼翼梁制造成本高，普通一体翼梁性能不佳的不足，更具有良好的可操作性。制造周期短，材料成本低，制作精度高。具有显著的技术效果。

通过具体实施，本实用新型在制作过程中，不需要专门与翼梁形状相匹配的模具，只需要一个长条形的真空袋，而此袋采用市面上常见的塑料肠衣即可，故制作简单，成本低，操作方便。

另外，缘条加强层布置在箱型梁结构的上下表面，能够充分利用机翼有限的结构高度，进一步发挥缘条加强层的增强作用，具有结构上的合理性。

而在翼梁外侧交叉缠绕的腹板加强层，对缘条加强层和缘条基材具有束缚作用，有效防止缘条加强层在受力的情况下与缘条基材相剥离，进而导致结构变形，失稳。斜拉的腹板加强层，受力方向沿斜向，起到了类似桁架结构中，斜腹杆的作用，具有抗扭及抗剪的效果。本实施例中，该腹板加强层以胶粘的方式，与梁牢牢地粘合在一起，进一步增加了其力学性能。

通过实施例对比实践，发现两个类似外形尺寸，结构重量相近的翼梁，对比梁采用变厚度木制缘条(无缘条加强层，无腹板加强层)，在静力载荷3KG的试验中，对比梁发生结构变形，而本一体梁形态良好，仿真结果显示，其此时的安全系数为2.5，可以满足实际飞行过程中对梁的过载要求。

由此可见，本实用新型结构设计合理，提高腹板抗剪性能及梁的抗扭性能，力学性能优异，满足大展弦比无人机机翼对梁强度的要求。