用于固定翼航模的结构复合材料及其制作的航模的制作方法

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本实用新型涉及航空中的固定翼航模，特别涉及校园航模用的结构复合材料，属于航模技术领域。


背景技术：

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航空航天技术是大国科技水平的集中体现，也直接关系到国家安全和经济发展的诸多方面，所以世界各国都充分重视，在这方面也往往不惜重金投入，我国也不例外。航空航天的技术发展不是一朝一夕的，在其发展过程中从青少年抓起很重要，世界多国的实践证明，青少年航空教育培训和实践对一个国家的航空航天技术发展至关重要，不仅为一个国家的航空发展构成人才梯队支撑，青少年航空教育培训阶段形成的兴趣和思维还对关键技术的创新和应用起着举足轻重的作用，所以青少年航空培训和实践是为一个国家航空航天技术奠定基础和挖掘未来的重要基础。中国也深深认识到了这方面的不足，在80年代就开展中国青少年航模运动（也称校园航模），可是中国青少年航模运动自开展以来，一直处于低谷，没有较快的发展与普及。与其它青少年综合素质教育项目如机器人教育、科学实验教育的发展相比更是被远远抛开。究其原因，其中最重要的原因就是一直没有出现真正适合校园航模运动普及和水平梯度提升的系列航模飞机，而与上述系列航模飞机匹配的材料没有开发和寻找到是一个直接重要的原因，详细阐述如下：
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一、校园航模的特点：
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目前我国校园航模特点是活动空间小，学生人数多，年龄小，动手和操控能力弱，涉及每一个家庭，教育局和学校对航模活动要求特别高。校园航模与成人航模截然不同，它的主管部门、活动需求使其对航模飞机有极其严格和独特的要求，主要包括：飞行安全耐用、整机重量轻、机体强度高、组装加工方便、小空间飞行速度慢、还要能承载从简单到高水平遥控飞行梯度性提升要求。且这种要求是一个整体性的要求，缺一不可。不能解决，则难以普及；所以对航模材料具有强度、硬度、抗弯曲变形能力、耐摔性、重量轻等诸多方面一体性的要求。目前尚无针对校园航模开发的适应性材料，这方面的探索基本空白，更没有对材料作出要求的相关数据和标准出现。
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二、当下固定翼航模界现状：
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当下的航模中基本没有固定翼航模能全面满足校园航模的要求，主要体现在以下几个方面
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1、当下航模活动的主体是成年爱好者，青少年参与度热情度不够；所以航模的研发、制造、销售航模主要针对成年人，以高端，遥控为主，重量大，速度快，配置高，价格贵，使用在 校园中，要求有很熟练的操控技术和较大的场地，这显然不符合我国校园航模的特点；否则相当危险；
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2、目前使用在校园的手掷航模飞机，飞行技术表现力太低，体验差，主要为幼儿使用的一次性玩具，用于青少年航模中能够体现和得到的知识有限，根本无法应用在青少年逐步提高的梯度训练中；
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3、目前青少年竞赛航模主流飞机，以手掷飞机和橡筋动力飞机为主，不结实不耐摔，可玩性差，体验不好；
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4、目前的轻木飞机，价格高，因为木材的脆性大，极不耐摔，组装复杂，维修困难；
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5、其它如单纯的pp板航模飞机，重量大，结构复杂，刚性差易变形，飞行中受到空气阻力后形状不能保持和稳定，制作难度大，一次成型泡沫飞机，结构单一，重量大，速度快，对飞行空间要求大；目前已有三种材料结构复合的，如木框架填充泡沫或其它材料再蒙外皮，适合且大型航模飞机，结构复杂，重量沉，制作工艺复杂，韧性差，维修难；
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从以上可以看出，目前没有出现真正适合校园航模的系列固定翼航模飞机，原因不仅仅航模飞机本身的问题，更是没有合适材料和利用新材料研发新性能航模飞机的问题。
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青少年航空运动具有急迫性。中国航空航天事业高速发展，通航军航发展也是日新月异，航空科普尤其在校园航模这一块现状却与国家大形势的需求极端不相适应，与未来航空航天人才培养极端不相配套，所以开发适合校园航模的材料和航模是促进和提升校园航模发展速度和水平的一个有效途径。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于克服目前的制约校园航模发展中的瓶颈问题航模材料，提供一种用于固定翼航模的结构复合材料及其制作的航模。
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为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：用于固定翼航模的结构复合材料，所述的复合材料为夹层复合材料，所说的夹层复合材料包括分别位于中间的中间板层和位于两侧的侧板层一、侧板层二，侧板层一、侧板层二通过粘接固定在中间板层的两侧，所述的中间板层为可发性聚乙烯板材层，所述的侧板层一、侧板层二为聚丙烯板材层或者pp平硬塑料层，所述的夹层复合材料的总厚度为7-50mm，三层的厚度比为：侧板层一：中间板层：侧板层二=1:2-4:1.1。
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进一步的；侧板层一、侧板层二的材料和厚度相同。
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进一步的；所述的夹层复合材料的总厚度为8.5-45mm，三层的厚度比为：侧板层一：中间板层：侧板层二=1:2.5-3.5:1。
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进一步的；在中间板层上镶嵌有碳纤维片，所述的碳纤维片的厚度为中间板层厚度的0.15-0.2倍。
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进一步的；所述的碳纤维片的形状为v形或w形或n形，碳纤维片镶嵌在中间板层侧面的凹槽中。
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用于固定翼航模的结构复合材料制作的航模，采用上述的用于固定翼航模的结构复合材料，所述的航模上的机头、机身、尾翼、固定翼中的一个或者多个采用用于固定翼航模的结构复合材料制作。
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进一步的；所述的所述的航模上的机头和机身采用用于固定翼航模的结构复合材料制作。
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本实用新型的积极有益技术效果在于：本实用新型采用现有的材料巧妙合理的组合方式，充分利用各材料的优势性能，材料集航模要求的强度、硬度、抗弯曲能力、密度、弹性、廉价、易加工制造等性能于一体，所制作的航模在大大减轻机体重量和成本的同时，同
时提高机体的抗摔性、安全性，提高航模的续航能力，经过对各种航园航模结构和机型不断试用，发现其非常适合校园航模运动，本结构复合材料与现有的pp板、碳杆、碳纤维片不同程度和部位结合后能制成适应不同层次梯度使用的校园航模产品，所以本实用新型解决了校园航模发展的瓶颈问题，未来，此实用新型及其衍生的校园航空模型科技体育运动的推动下，中国青少年航空模型运动必将会得到极快的发展和普及，为我国的航空航天的事业发现和培养更多的未来人才。
附图说明
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图1是本结构复合材料截面的示意图。
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图2是采用本结构复合材料制作的航模机头和机身的示意图。
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图3是图2中的分解示意图。
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图4是采用本结构复合材料制作的一种航模示意图。
具体实施方式
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为了更充分的解释本实用新型的实施，提供本实用新型的实施实例。这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。
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结合附图对本实用新型进一步详细的解释，附图中各标记为：1：中间板层；2：侧板层一；3：侧板层二；4：碳纤维片；5：机头套。
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如附图所示，用于固定翼航模的结构复合材料，所述的复合材料为夹层复合材料，所说的夹层复合材料包括分别位于中间的中间板层和位于两侧的侧板层一1、侧板层二2，侧板层一、侧板层二通过粘接固定在中间板层的两侧，所述的中间板层为可发性聚乙烯板材层，所述的侧板层一、侧板层二为聚丙烯板材层或者pp平硬塑料层，所述的夹层复合材料的总厚度为7-50mm，三层的厚度比为：侧板层一：中间板层：侧板层二=1:2-4:1.1，更为具体的，侧板层一、侧板层二的材料和厚度相同。所述的夹层复合材料的总厚度为8.5-45mm，三层的厚度比为：侧板层一：中间板层：侧板层二=1:2.5-3.5:1。在中间板层上镶嵌有碳纤维片，所述的碳纤维片的厚度为中间板层厚度的0.15-0.2倍，所述的碳纤维片的形状为v形或w形或n形，碳纤维片镶嵌在中间板层侧面的凹槽中。是否镶嵌碳纤维片根据该部位的强度是否需要加强来决定，大部分情况下，不需要碳纤维片。用于固定翼航模的结构复合材料制作的航模，采用上述的用于固定翼航模的结构复合材料，所述的航模上的机头、机身、尾翼、固定翼中的一个或者多个采用用于固定翼航模的结构复合材料制作。所述的所述的航模上的机头和机身采用用于固定翼航模的结构复合材料制作。图2、图3中，机头和机身处均为本结构复合材料。
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为了对本结构复合材料进行更为深入的探索，申请人对影响航模操控性、安全性、重量、耐摔性的一些性能指标进行了一些测试，下表是多种航模材料的对比
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本实用新型的结构复合材料现有的航模材料的对比：
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注：1、上表中，所选取的材料的厚度均为15mm，宽度为80mm，长度为400mmm，实验时，将实验材料支撑在间距为250mm的两个水平支撑上进行，其中抗形变性能测试中是在在材料上表面加压砝码，材料下沉5mm时所能承受的重量；抗冲击性能测试是将一块重2250g的铁块从1.5米高处通过自由落体撞击材料造成的损坏率，其中抗冲击性能栏中的百分数为实验中损坏的百分比。其中密度直接决定了航模的重量，抗形变性影响飞行的速度、转弯半径、操控性、安全性等指标，抗冲击性能影响飞行的安全性、航模结构的稳定性、坠机时飞机自身损坏的概率、以及对周围人和物的破坏性。脆性直接影响飞机坠落后修复的难易程度和修复成本，脆性越大，修复的难度越大、成本越高，材料的硬度直接决定了坠机和操控失灵后的安全性，本结构符合材料的硬度两侧为聚丙烯板材层或者pp平硬塑料层的硬度，中间的硬度为可发性聚乙烯板材层的硬度，均大大低于轻木，不会造成安全事故，满足校园航模最重要的要求。
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2、其中本结构复合板一为聚丙烯板材层：可发性聚乙烯板材层：聚丙烯板材层=1:3:1；本结构复合板一为pp平硬塑料层：可发性聚乙烯板材层：pp平硬塑料层=1:3:1。
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从上表可以看出，本结构复合材料的综合抗形变性能、抗冲击性能、脆性等优势为一体，很好的适应了校园航模的应用。
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本实用新型旨在解决青少年固定翼航模运动普及所面临的航模材料、航模飞机匹配性短缺困境，提供一种能同时满足安全、耐摔、重量轻、强度高、组装方便、维修简单、飞行半径小且成本低廉等特定需求的航模用材及用该材料设计制作的航模飞机，由于目前针对校园航模开发的材料和器材非常有限，申请人将本结构复合材料制作的航模与现有的同类产品进行了以下一些对比，具体如下：
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1、重量对比：对于适合青少年使用的中小型航模飞机，在重量上有着严格的要求，飞机重量越轻，飞行性能越好，飞行时间越久，即使重量相差5克，在操控上都有着极大的差别，用本实用新型复合材料制作的航模飞机，在同等尺寸下相比传统木质飞机和其他单一泡沫材料制作的飞机重量都要轻，如翼展同等为50cm的遥控固定翼飞机，用本实用新型复合材料制作的飞机全重为45克，木质材料制作的飞机为55克，单一泡沫材料制作的飞机为60克；翼展同等为80cm的遥控固定翼飞机，用本实用新型复合材料制作的飞机全重为120克，木质材料制作的飞机为350克，单一泡沫材料制作的飞机为260克；
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2、价格对比：对于具有普及性的中小型航模飞机，要求成本低廉，人人用的起，用
本实用新型复合材料制作的航模飞机，在价格上有明显优势，如翼展同等为50cm的遥控飞机，本实用新型复合材料飞机价格为150元，市面销售的木质材料飞机价格为250元 ，单一泡沫材料飞机价格为190元；翼展同等为80cm的遥控飞机，本实用新型复合材料飞机价格为280元，市面销售的木质材料飞机价格为420元 ，单一泡沫材料飞机价格为 400元。
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3、抗摔性对比：对于适合青少年使用的中小型航模入门飞机，要求具有极好的抗摔性能，本实用新型复合材料制作的飞机，在每小时60公里的速度下进行撞击试验，无损坏；单一泡沫材料制作的飞机在在每小时60公里的速度下进行撞击试验，机头会开裂；木质飞机在每小时20公里的速度下进行撞击试验，会导致机头或机翼碎裂。
[0040] 4、维修成本对比：本实用新型复合材料制作的飞机和单一泡沫材料制作的飞机维修成本基本相同且低廉，占飞机总价的0.5％—1％；木质飞机维修成本较高，占飞机总价的30％—50％。
[0041] 5、维修难度对比：本实用新型复合材料制作的飞机和单一泡沫材料制作的飞机维修难度基本相同，用泡沫胶粘接修复即可，根据损坏程度不同，修复用时为5分钟—10分钟；木质飞机修复难度相当大，费时费力，根据损坏程度不同，修复用时为10分钟—180分钟，损坏程度较大时基本报废，需重新制作或购买。
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6、飞行性能对比：本实用新型复合材料制作的飞机由于重量轻，因此操控性能极佳，表现在转弯半径小、速度慢、安全、灵活、临界失速速度小，适用场地较广；单一泡沫材料制作的飞机，重量相对大一些，速度稍快，操控性相比本实用新型复合材料飞机差一些；木质飞机重量大、速度快、转弯半径大，易失速，不适合小场地飞行。
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本实用新型是申请人航模团队通过近十年校园航模实践，经过对各种航园航模飞机材质、结构和机型不断试用、改良升级和教育实践，最终实用新型完成一套全新的航空模型结构复合材料和设计优化组合方法。申请人航模在此实用新型之上，已经研发出一系统校园航模飞机模型，并配合研发了一整套全新航模教育理念和训练方法。目前，在中国航空运动之都安阳，郑州，洛阳，三门峡等地方，已有二十余所中小学，10多万学生参于过相关航空科普教育活动，经过实践检验，本结构复合材料制作的航模价格低、耐用、操控性好、安全程度高、对飞行场地要求低，深受学校和学生的喜爱，也降低了航模参与的门槛，未来，此实用新型及其衍生的校园航空模型科技体育运动的推动下，中国青少年航空模型运动必将会得到极快的发展和普及，为我国的航空航天的事业发现和培养更多的未来人才。
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在详细说明本实用新型的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围，且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。