固定翼無人機機體及其制造方法與流程

本發明屬于無人機技術領域，尤其涉及固定翼無人機機體及其制造方法。

背景技術：

目前，隨著信息化的發展，無人機在抗震救災、小范圍戰場偵察、打擊效果評估等領域得到廣泛的應用。重量輕、小型化、長航時及高安全性等是無人機區別于有人機的顯著特點及技術發展方向。

現有無人機制作材料多為聚苯乙烯泡沫或者輕木蒙皮加玻璃鋼，若采用聚苯乙烯泡沫，在機身的曲面成型過程中，需要對聚苯乙烯泡沫進行切割，而復雜的曲面對切割工藝的要求較高、且耗時長，增加了無人機機身的制備成本，同時，泡沫容易被膠水腐蝕，成型后容易吸水受潮導致外形變形，降低了無人機結構的強度；若采用輕木蒙皮加玻璃鋼制作，該材料較為厚重，導致成型后機體重量過大，嚴重降低了無人機的載荷能力，且低溫環境下零部件比較脆弱，在受用過程中易損壞。

技術實現要素：

針對背景技術中的上述缺陷，本發明的主要目的在于提供固定翼無人機機體及其制造方法，所述無人機機身及機翼所用的材料輕，且提高了所述機身及機翼材料的拉伸強度和抗撕裂力，能保證無人機的結構強度。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：固定翼無人機機體，所述無人機機體包括機身及機翼組，所述機翼組包括設置在機身兩側的主機翼及尾翼，所述主機翼兩側各設置一翼尖；所述機身及機翼組的材料呈層狀結構；所述機身材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第一碳纖維布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纖維布；所述主機翼及翼尖的材料各自包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布；所述尾翼的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布。

作為進一步的優先，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.02-0.05mm，所述第一聚氯乙烯布的厚度為1-2mm。

作為進一步的優先，所述主機翼、尾翼及翼尖的材料中，所述第一玻璃纖維布的網格排布呈45°，所述第二玻璃纖維布的網格排布呈0-90°。

作為進一步的優先，所述機身材料中，所述第一碳纖維布和第一聚氯乙烯布之間還設置有第三碳纖維布。

作為進一步的優先，所述第一、第二及第三碳纖維布原紗的種類為2-3k。

作為進一步的優先，所述主機翼、尾翼及翼尖的材料中，所述第二玻璃纖維布與第一聚氯乙烯布之間還設置有第四玻璃纖維布。

作為進一步的優先，所述第二、第三及第四玻璃纖維布的厚度為0.10-0.15mm。

作為進一步的優先，所述第一碳纖維布、第二碳纖維布及第三碳纖維布的面密度為100-150克/每平方，所述第一、第二、第三及第四玻璃纖維布的密度為30-60克/每平方。

作為進一步的優選，所述翼尖設置有副翼，所述翼尖與副翼連接處的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、聚酯脫膜布及第二玻璃纖維布。

作為進一步的優選，所述尾翼設置有副翼，所述副翼與尾翼連接處的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、聚酯脫膜布及第二玻璃纖維布。

作為進一步的優選，所述聚酯脫膜布的厚度為5-15mm。

作為進一步的優選，所述層狀連接包括：通過環氧樹脂膠粘劑連接，所述環氧樹脂膠由環氧樹脂與固化劑按照100∶3-5的質量比混合攪拌而成。

固定翼無人機機體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

在預熱后的成型上模中，依次貼上所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，齊邊消除；

在預熱后的成型下模中，依次貼上所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，放入鑲塊，安裝風管，合上所述上模與下模；

熱壓成型。

本發明的有益效果是：

(1)本發明固定翼無人機機體通過采用碳纖維布、聚氯乙烯布及玻璃纖維布等多層復合材料的鋪層設計，使得無人機重量大大減輕，且無人機機身在各個角度都能得到很高的強度，拉伸強度和抗撕裂力優良。

(2)本發明選用的復合材料具有可設計性，在不改變結構重量的情況下，可根據無人機的強度剛度要求進行優化設計，可以大面積整體成型，工藝簡便。外型設計適用性強，有較好的應用前景。

(3)本發明由復合材料制備的無人機具有電磁性能，耐候及耐腐蝕性能，可滿足無人機在惡劣環境下長儲存壽命的特殊要求，降低維護費用和周期。

(4)熱壓成型工藝使得樹脂含量很低，大大減輕無人機機身的重量。

附圖說明

圖1為本發明實施例由復合材料制備的固定翼無人機機體的結構示意圖。

圖2為本發明實施例中使用的45°玻璃纖維布的網格纖維示意圖。

圖3為本發明實施例中使用的90°玻璃纖維布的網格纖維示意圖。

附圖中標記的說明如下：1-機身、2-主機翼、3-尾翼、4、5-翼尖、3.1、4.1、5.1-副翼。

具體實施方式

本發明實施例通過提供固定翼無人機機體及其制備方法，解決了現有無人機材料厚重，強度低以及耐候性能差的缺陷。

為了解決上述缺陷，本發明實施例的主要思路是：

本發明實施例固定翼無人機機體，所述無人機機體包括機身及機翼組，所述機翼組包括分別設置在機身兩側的主機翼及尾翼，所述主機翼兩側各設置一翼尖；所述機身及機翼組的材料呈層狀結構；所述機身材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第一碳纖維布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纖維布；所述主機翼及翼尖的材料各自包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布；所述尾翼的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布。

本發明實施例無人機機體所用的碳纖維布、聚氯乙烯布及玻璃纖維布等具有比強度和比剛度高，熱膨脹系數小，抗疲勞能力及抗震能力強的特點，將其應用于無人機中一方面可大大減輕重量，碳纖維布、聚氯乙烯布均有加強的作用，聚氯乙烯布較輕，玻璃纖維布網格紋路細膩，易打磨得到光滑的外觀；另一方面，所述材料具有可設計性，在不改變結構重量的情況下，可根據無人機的強度剛度要求進行優化設計，可以大面積整體成型，工藝簡便。另外，所述材料還具有電磁性能，耐候及耐腐蝕性能，可滿足無人機在惡劣環境下長儲存壽命的特殊要求，降低維護費用和周期。本發明實施例采用多層材料鋪層，通過對各層材料的密度，厚度，纖維網格排布及網格形狀等設計優化，使得無人機機體在各個角度均能滿足強度的要求，在需要承重的地方也可單獨設計鋪層參數來加強。

由于所述材料的上述優點，在無人機的一些機械連接構件處也可以使用復合材料代替其起到連接的作用，即方便了安裝，又降低了重量，且能滿足無人機結構強度的要求。例如在副翼的連接處，之前采用鉸接合頁實現翻折和連接的功能，但在制作時鉸接合頁安裝不便，本發明實施例采用聚酯脫模布替代鉸接合頁來同時實現翻折和連接的功能，可在制作機體的過程中一體成型，因此大大簡化了安裝步驟，方便適用。而且在連接處可設置多層復合材料來達到無人機結構強度的要求。

本發明實施例固定翼無人機機體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

在預熱后的成型上模中，貼上所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，齊邊消除；

在預熱后的成型下模中，貼上所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，放入鑲塊，安裝風管，合上所述上模與下模；

熱壓成型。

為了讓本發明之上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例，來說明本發明所述之固定翼無人機機體及其制備方法。

實施例1

如圖1所示，本發明實施例1由復合材料制備的固定翼無人機機體包括機身1及機翼組，所述機翼組包括分別設置在機身兩側的主機翼2及尾翼3，所述主機翼2兩側各設置一翼尖4或5；所述機身1及機翼組的材料呈層狀結構；所述機身1材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第一碳纖維布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纖維布；所述主機翼2及翼尖4或5的材料各自包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布；所述尾翼3的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布。

所述機身1材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第一、第二碳纖維布原紗的種類為3k，所述第一聚氯乙烯布的厚度為2mm。所述第一碳纖維布及第二碳纖維布的面密度為120克/每平方米。

所述主機翼2、尾翼3及翼尖4、5的材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第二、第三玻璃纖維布的厚度為0.13mm，所述第一聚氯乙烯布的厚度為1.5mm，所述第一玻璃纖維布的網格排布呈45°，所述第二玻璃纖維布的網格排布呈90°。

所述第一、第二及第三玻璃纖維布的密度為50克/每平方米。

如圖2所示為本發明實施例中使用的45°玻璃纖維布的網格纖維示意圖。如圖3所示本發明實施例中使用的90°玻璃纖維布的網格纖維示意圖。當然，網格形狀不限于圖2和3所示的正方形，還可以設置為三角形、五角形或六角形等等。

所述層狀連接包括：通過環氧樹脂膠粘劑連接，所述環氧樹脂膠由環氧樹脂與固化劑按照100∶5的質量比混合攪拌而成。

本發明實施例1固定翼無人機機體的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

在預熱后的成型上模中，貼上制備所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，齊邊消除；

在預熱后的成型下模中，貼上制備所述機身或機翼組中的層狀連接的材料，放入鑲塊，安裝風管，合上所述上模與下模；

熱壓成型；

成型結束后，轉入機加工雕刻，最后噴亮光環保型漆得最終產品。

實施例2

如圖1所示，本發明實施例1由復合材料制備的固定翼無人機機體包括機身1及機翼組，所述機翼組包括分別設置在機身兩側的主機翼2及尾翼3，所述主機翼2兩側各設置一翼尖4或5；所述機身1及機翼組的材料呈層狀結構；所述機身1材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第一碳纖維布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纖維布；所述主機翼2及翼尖4、5的材料各自包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布；所述尾翼3的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布。

所述機身1材料中，所述第一碳纖維布和第一聚氯乙烯布之間還設置有第三碳纖維布。

所述主機翼、尾翼及翼尖的材料中，所述第二玻璃纖維布與第一聚氯乙烯布之間還設置有第四玻璃纖維布。

所述機身1材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第一、第二碳及第三碳纖維布原紗的種類為3k，所述第一聚氯乙烯布的厚度為2mm。所述第一碳纖維布、第二及第三碳纖維布的面密度為120克/每平方米。

所述主機翼2、尾翼3及翼尖4、5的材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第二、第三、第四玻璃纖維布的厚度為0.13mm，所述第一聚氯乙烯布的厚度為1.5mm，所述第一玻璃纖維布的網格排布呈45°，所述第二玻璃纖維布的網格排布呈90°。

所述層狀連接包括：通過環氧樹脂膠粘劑連接，所述環氧樹脂膠由環氧樹脂與固化劑按照100∶5的質量比混合攪拌而成。

本發明實施例2固定翼無人機機體的制備方法與實施例1類似，不再贅述。

實施例3

如圖1所示，本發明實施例1由復合材料制備的固定翼無人機機體包括機身1及機翼組，所述機翼組包括分別設置在機身兩側的主機翼2及尾翼3，所述主機翼2兩側各設置一翼尖4或5；所述機身1及機翼組的材料呈層狀結構；所述機身1材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第一碳纖維布、第一聚氯乙烯布以及第二碳纖維布；所述主機翼2及翼尖4、5的材料各自包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布；所述尾翼3的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、第二玻璃纖維布、第一聚氯乙烯布以及第三玻璃纖維布。

所述機身1材料中，所述第一碳纖維布和第一聚氯乙烯布之間還設置有第三碳纖維布。

所述主機翼2、尾翼3及翼尖4或5的材料中，所述第二玻璃纖維布與第一聚氯乙烯布之間還設置有第四玻璃纖維布。

所述機身1材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第一、第二碳及第三碳纖維布原紗的種類為3k，所述第一聚氯乙烯布的厚度為2mm。所述第一碳纖維布、第二及第三碳纖維布的面密度為100克/每平方米。

所述主機翼2、尾翼3及翼尖4、5的材料中，所述第一玻璃纖維布的厚度為0.05mm，所述第二、第三、第四玻璃纖維布的厚度為0.13mm，所述第一聚氯乙烯布的厚度為1.5mm，所述第一玻璃纖維布的網格排布呈45°，所述第二玻璃纖維布的網格排布呈90°。

所述翼尖4或5設置有副翼，所述翼尖與副翼連接處的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、聚酯脫膜布及第二玻璃纖維布。

所述尾翼設置有副翼，所述副翼與尾翼連接處的材料包括依次層狀連接的第一玻璃纖維布、聚酯脫膜布及第二玻璃纖維布。

所述第一碳纖維布、第二玻璃纖維布的面密度為50克/每平方米。所述聚酯脫膜布的厚度為15mm。

所述層狀連接包括：通過環氧樹脂膠粘劑連接，所述環氧樹脂膠由環氧樹脂與固化劑按照100∶5的質量比混合攪拌而成。

本發明實施例3固定翼無人機機體的制備方法與實施例1類似，熱壓成型步驟包括：上熱壓機成型，溫度設定在60～70℃，時間設定在5～6h，壓力設定在2～3MPa，風管內壓0.6～1.5MPa。

將本發明實施例由復合材料制得的各部位的構件進行拉伸及彎曲試驗測試，計算標準采用GB/T 1040.4-2006，例如機身材料成品，密度為0.624Kg/m³；總厚度在3.2mm左右，重量為1.442kg；經過試驗測得，其最大拉力可達1500Kg，拉伸強度在130Mpa左右，拉伸彈性模量在1580Mpa左右。彎曲強度在270Mpa左右，彎曲模量18700Mpa。而本發明實施例無人機的總重量可控制在11-13kg，外形最大尺寸為2201*1550mm。

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優點：

(1)本發明無人機機體通過采用碳纖維布、聚氯乙烯布及玻璃纖維布等多層的鋪層設計，使得無人機重量大大減輕，且無人機機身在各個角度都能得到很高的強度，拉伸強度和抗撕裂力優良。

(2)本發明選用的復合材料具有可設計性，在不改變結構重量的情況下，可根據無人機的強度剛度要求進行優化設計，可以大面積整體成型，工藝簡便。外型設計適用性強，有較好的應用前景。

(3)本發明由復合材料制備的無人機具有電磁性能，耐候及耐腐蝕性能，可滿足無人機在惡劣環境下長儲存壽命的特殊要求，降低維護費用和周期。

(4)熱壓成型工藝使得樹脂含量很低，大大減輕無人機機身的重量。

盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。