CN103935042B - 无人飞行器空心旋翼的制造方法及空心旋翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人飞行器空心旋翼的制造方法，其包括如下步骤：裁制出多个桨叶形的碳纤维布片；将多个碳纤维布片分为两组，并通过将两组碳纤维布片分别均匀涂刷树脂胶，粘贴成为第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件；利用模具粘接所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的边缘，并将其定型为空心的旋翼预制件；通过固化和打磨，将所述旋翼预制件加工为空心的旋翼成品。本发明的制造方法制成的旋翼为空心结构，其加工工序少，加工过程简单，减小生产成本，并且质量小，强度高，有利于飞行；本发明还提供一种由上述制造方法制得的空心旋翼。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其涉及一种无人飞行器的空心旋翼及其制造方法。
背景技术
无人飞行器依靠旋翼桨叶旋转产生空气流动，从而推动无人飞行器飞行并对其进行姿态控制，因此小型无人飞行器对于旋翼的要求除了具有良好的气动力学曲面外，还需要具有重量轻、强度高的特点。但传统的旋翼桨叶是在旋翼桨叶成型模的上、下模腔铺设蒙皮，旋翼桨叶的大梁在独立的模具上用预浸带铺设预成型，或是通过缠绕预成型，完成大梁预成型后，取出大梁组装到铺好蒙皮的旋翼桨叶成型模上，然后安放配重部件，然后铺放泡沫芯或蜂窝芯，然后合模固化。采用这种方法制造的旋翼桨叶需要额外的成型模具，增大了旋翼桨叶的制造成本，并且加工工序多，加工过程复杂，周期长，制成的旋翼质量大，不利于飞行。
发明内容
本发明的目的就是基于上述出发点，提供一种无人飞行器空心旋翼的制造方法，由该方法制成的旋翼为空心结构，其加工工序少，加工过程简单，减小生产成本，并且质量小，强度高，有利于飞行；本发明还提供一种由上述制造方法制得的空心旋翼。
为实现本发明的上述目的，本发明的无人飞行器空心旋翼的制造方法包括如下步骤：
裁制出多个桨叶形的碳纤维布片；
将多个碳纤维布片分为两组，并通过将两组碳纤维布片分别均匀涂刷树脂胶，粘贴成为第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件；
利用模具粘接所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的边缘，并将其定型为空心的旋翼预制件；
通过固化和打磨，将所述旋翼预制件加工为空心的旋翼成品。
其中，制造所述第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件均包括如下步骤：
将一组碳纤维布片的第一层碳纤维布片平铺在预处理后的下模或上模的模腔中，且在平铺后的第一层碳纤维布片上表面均匀涂刷树脂胶；
在涂刷完树脂胶的第一层碳纤维布片的上表面平铺第二层碳纤维布片，并在第二层碳纤维布片的上表面均匀涂刷树脂胶，从而使位于下模或上模的模腔中的两层碳纤维布片粘结成为第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件。
其中，制造所述空心的旋翼预制件包括如下步骤：
将两个支撑件的上下表面分别进行涂刷碳胶泥处理；
将涂刷碳胶泥处理后的两个支撑件分别安置在所述第一碳纤维布片预制件或所述第二碳纤维布片预制件的纵向对称中心；
将上模和下模进行合模处理，并使所述第一碳纤维布片预制件和所述第二碳纤维布片预制件的边缘通过碳胶泥粘结为一体，从而定型为一个空心的旋翼预制件。
其中，所述固化和打磨包括如下步骤：
将安置有所述旋翼预制件的所述模具放入固化炉中进行固化处理，以制成空心的旋翼半成品；
将旋翼半成品取出后，对其毛边进行打磨，以制成空心的旋翼成品。
优选的，将所述模具放入固化炉中进行固化处理时，固化炉的温度为40℃，固化时间为12小时。
优选的，对所述下模和上模的模腔进行预处理包括：在下模和上模的模腔中涂抹脱模剂；在下模和上模的模腔中擦一遍聚乙烯醇液；在下模或上模的模腔中部安装多个固定销；将下模和上模的模腔边缘均匀涂满碳胶泥。
优选的，在所述第一碳纤维布片预制件或所述第二碳纤维布片预制件的中部还安置有与所述多个固定销位置相对应的多个钢针，以便形成多个固定孔。
优选的，所述树脂胶由树脂和固化剂混合制成。
优选的，所述树脂和固化剂的重量百分比为：树脂为50%-60%，固化剂为40%-50%。
优选的，所述碳胶泥由所述树脂胶和碳粉混合制成。
优选的，所述树脂胶和碳粉的重量百分比为：树脂胶为75%-90%，碳粉为10%-25%。
优选的，所述上模模腔和所述下模模腔均为横向截面为内凹弧形的模腔。
本发明还提供一种由上述制造方法制得的空心旋翼，其包括：由第一碳纤维布片预制件制成的第一桨叶弧面；由第二碳纤维布片预制件制成的第二桨叶弧面；其中，所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件分别由一组均匀涂刷树脂胶的碳纤维布片粘贴而成；其中，所述第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的边缘粘接为一体，从而形成空心的旋翼。
与现有技术相比，本发明的无人飞行器空心旋翼的制造方法具有如下突出的优点：
1）本发明的制造方法中，首先通过粘贴方式制成第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件，再将其边缘粘接使其定型为空心的旋翼预制件，最后使其固化成为空心旋翼，整个加工过程简单，加工工序少，加工周期短，因此生产成本低；
2）本发明的制造方法中的第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件均通过树脂胶粘贴碳纤维布片而制成，因此质量小，强度高，利于飞行；
3）本发明制造方法中的旋翼预制件的纵向对称中心由支撑件支撑，因此强度高，并且旋翼为空心旋翼，因此质量小；
4）本发明采用固化炉对旋翼预制件进行固化时，采用的固化温度为40℃，其与无人飞行器工作时的环境温度相近，因此采用这种温度固化成型的旋翼的使用寿命长，工作可靠性高。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的无人飞行器空心旋翼的制造方法的流程图；
图2是本发明制造空心旋翼预制件的流程图；
图3是本发明的制造方法中在下模模腔边缘涂刷碳胶泥的示意图；
图4是本发明的制造方法中位于下模模腔中的第一碳纤维布片预制件和预置钢针的示意图；
图5是本发明的制造方法中将支撑件安置于第一碳纤维布片预制件纵向中心的示意图；
图6是本发明的制造方法中下模与上模的合模示意图；
图7是本发明的制造方法中位于合模后模具中的旋翼预制件的示意图；
图8是本发明的空心旋翼的结构示意图。
附图标记说明：1-下模；2-上模；3-支撑件；4、5-碳胶泥；6-第一碳纤维布片预制件；7-钢针；8-销子；9-第二碳纤维布片预制件；11-下模模腔；12-合模孔；100-第一桨叶弧面；200-第二桨叶弧面。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的无人飞行器空心旋翼的制造方法的流程图，由图可知，本发明的制造方法包括如下步骤：
裁制出多个桨叶形的碳纤维布片；
将多个碳纤维布片分为两组，并通过将两组碳纤维布片分别均匀涂刷树脂胶，粘贴成为第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件；
利用模具粘接所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的边缘，并将其定型为空心的旋翼预制件；
通过固化和打磨，将所述旋翼预制件加工为空心的旋翼成品。
在实际应用中，可以根据需要确定制造一个空心旋翼所需碳纤维布片的数量，而本发明中采用4个桨叶形的碳纤维布片制造一个空心旋翼，下面以本发明制造空心旋翼的过程为例，具体描述无人飞行器空心旋翼的制造方法。
首先，进入制造空心旋翼前的准备阶段，具体包括：
根据旋翼桨叶的形状与结构预制桨叶模版，并利用桨叶模版，在平纹45度的碳纤维卷布上裁出制造一个旋翼所需的4个桨叶形的碳纤维布片；
根据旋翼桨叶的形状与结构，准备上模1的上模模腔和下模2的下模模腔11均是横向截面为内凹弧形模腔的模具，并对模具中的下模模腔和上模模腔进行预处理：在下模模腔和上模模腔中分别涂抹脱模剂，等待约2-4分钟后用棉布抛光，并用软海绵在下模和上模的模腔中分别擦一遍聚乙烯醇液，之后，在下模或上模的模腔中部安装4个固定销（图中未示出），以使安置在其内的第一碳纤维布片预制件6或第二碳纤维布片预制件9的中部形成4个凹槽；最后，将模具中的下模和上模的模腔边缘均匀涂满碳胶泥5，如图3所示。
本发明中使用的碳胶泥由树脂胶和碳粉混合制成，树脂胶和碳粉的重量百分比为：树脂胶为75%-90%，碳粉为10%-25%；而本发明的树脂胶是由树脂和固化剂混合制成，且树脂和固化剂的重量百分比为：树脂为50%-60%，固化剂为40%-50%。在本发明中，采用的树脂胶中各组分的重量百分比为：树脂为55%，固化剂为45%，而由该树脂胶与碳粉混合制成的碳胶泥中各组分的重量百分比为：树脂胶为85%，碳粉为15%。在使用时，将树脂胶与碳粉混合并调成糊状的碳胶泥，并将碳胶泥均匀的涂刷在下模和上模模腔的边缘。
准备工作结束后，进入第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的加工阶段，具体包括：
将裁出的碳纤维布片中的4个碳纤维布片分为两组，将一组碳纤维布片的第一个碳纤维布片平铺在已预处理后的下模的模腔中，且在平铺后的第一个碳纤维布片上表面均匀涂刷上述方法中所制得的树脂胶，然后在第一个碳纤维布片的上表面平铺第二个碳纤维布片，并在第二个碳纤维布片的上表面均匀涂刷树脂胶，从而使该组的两个碳纤维布片粘贴成为第一碳纤维布片预制件。
然后，将另一组碳纤维布片的第一个碳纤维布片平铺在已预处理后的上模的模腔中，且在平铺后的第一个碳纤维布片上表面均匀涂刷上述方法中所制得的树脂胶，然后在第一个碳纤维布片的上表面平铺第二个碳纤维布片，并在第二个碳纤维布片的上表面均匀涂刷树脂胶，从而使该组的两个碳纤维布片粘贴成为第二碳纤维布片预制件。
在对上述两组碳纤维布片间进行涂刷树脂胶处理时，应使每组中的两个碳纤维布片充分吸收树脂胶，两个碳纤维布片之间的树脂胶要饱满、没有气泡、没有多余的树脂胶，且第一碳纤维布片与上模和下模的模腔接触表面间不能产生气泡。
此外，如图4所示，在上述的第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件粘结制成后，在第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件的中部***与安置在下模或上模模腔中的4个固定销位置相对应的4个钢针7，以便形成桨叶的4个固定孔。
当将第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件加工结束后，如图2所示，利用模具粘接第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的边缘，并将其定型为空心的旋翼预制件，具体包括如下步骤：
将两个支撑件3的上下表面分别进行涂刷碳胶泥4处理，在本发明中，两个支撑件由两根轻质木条制成，且在使用前应对其进行打磨处理，以便其可以与第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件很好的结合。当然，支撑件也可以由现有技术中的其它材料制成条状结构，如采用泡沫等；
将涂刷碳胶泥处理后的两个轻质木条左右对称的分别安置在第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件的纵向对称中心，如图5所示，本发明中，将两个轻质木条安置在位于下模中的第一碳纤维布片预制件的纵向对称中心；
当将两个轻质木条安置好后，将上模和下模进行合模处理，如图6、图7所示，合模时，将6条销子8分别固定***设置在上模和下模内且位置对应的6个合模孔12中，确保上模和下模的合模位置准确后，用力将上模和下模压紧，此时，位于下模模腔中的第一碳纤维布片预制件和位于上模模腔中的第二碳纤维布片预制件的边缘通过涂刷在下模和上模模腔边缘的碳胶泥粘结为一体，从而使第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件定型为一个空心的旋翼预制件。
最后，将合并后的模具放置在固化炉中进行固化处理，设置固化炉的固化温度为40℃，固化时间为12小时，从而制成空心的旋翼半成品。而在固化完成后，将模具打开，从中取出旋翼半成品，对其毛边进行打磨，从而制成空心的旋翼成品。由于本发明固化时的固化温度为40℃，其与无人飞行器工作时的环境温度相近，因此采用这种温度固化成型的旋翼的使用寿命长，工作可靠性高。
采用上述制造方法所制得的旋翼为空心的旋翼，本发明所提供的由上述制造方法所制得的空心旋翼包括：由第一碳纤维布片预制件制成的第一桨叶弧面100；由第二碳纤维布片预制件制成的第二桨叶弧面200；其中，第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件分别由一组均匀涂刷树脂胶的碳纤维布片粘贴而成；其中，第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的边缘粘接为一体，从而形成空心的旋翼。
具体的，如图8所示，本发明的空心旋翼的基本构件为呈外凸弧形的第一桨叶弧面100和第二桨叶弧面200，其中，第一桨叶弧面由如上所述的制造方法中的第一碳纤维布片预制件6制成，第二桨叶弧面由如上所述的制造方法中的第二碳纤维布片预制件9制成，且第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的边缘通过碳胶泥4粘接为一体，从而形成一个内部具有空心的旋翼。由于第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件分别由两个均匀涂刷树脂胶的碳纤维布片粘贴而成，因此本发明的空心旋翼具有质量小、强度高的优点。
进一步的，为了确保本发明的第一桨叶弧面和第二桨叶弧面之间能形成一空心结构，在本发明的第一桨叶弧面和第二桨叶弧面纵向中心位置还安置可以分别与其固连的两个支撑件，该支撑件是由两个经过打磨的轻质木条所制成，这两个轻质木条通过涂刷于其上、下表面的碳胶泥与第一桨叶弧面和第二桨叶弧面固连为一体。这两个轻质木条除了可以保证第一桨叶弧面和第二桨叶弧面之间能形成一空心结构外，还提高了本发明的空心旋翼的强度。
尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
裁制出多个桨叶形的碳纤维布片；
将多个碳纤维布片分为两组，并通过将两组碳纤维布片分别均匀涂刷树脂胶，粘贴成为第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件；
利用模具粘接所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件的边缘，并将其定型为空心的旋翼预制件；
通过固化和打磨，将所述旋翼预制件加工为空心的旋翼成品；
所述的制造所述第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件包括：
将一组碳纤维布片的第一层碳纤维布片平铺在预处理后的下模或上模的模腔中，且在平铺后的第一层碳纤维布片上表面均匀涂刷树脂胶；
在涂刷完树脂胶的第一层碳纤维布片的上表面平铺第二层碳纤维布片，并在第二层碳纤维布片的上表面均匀涂刷树脂胶，从而使位于下模或上模的模腔中的两层碳纤维布片粘结成为第一碳纤维布片预制件或第二碳纤维布片预制件。
2.根据权利要求1所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，制造所述空心的旋翼预制件包括如下步骤：
将两个支撑件的上下表面分别进行涂刷碳胶泥处理；
将涂刷碳胶泥处理后的两个支撑件分别安置在所述第一碳纤维布片预制件或所述第二碳纤维布片预制件的纵向对称中心；
将上模和下模进行合模处理，并使所述第一碳纤维布片预制件和所述第二碳纤维布片预制件的边缘通过碳胶泥粘结为一体，从而定型为一个空心的旋翼预制件。
3.根据权利要求1所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，所述固化和打磨包括如下步骤：
将安置有所述旋翼预制件的所述模具放入固化炉中进行固化处理，以制成空心的旋翼半成品；
将旋翼半成品取出后，对其毛边进行打磨，以制成空心的旋翼成品。
4.根据权利要求3所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，将所述模具放入固化炉中进行固化处理时，固化炉的温度为40℃，固化时间为12小时。
5.根据权利要求2所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，对所述下模和上模的模腔进行预处理包括：
在下模和上模的模腔中涂抹脱模剂；
在下模和上模的模腔中擦一遍聚乙烯醇液；
在下模或上模的模腔中部安装多个固定销；
将下模和上模的模腔边缘均匀涂满碳胶泥。
6.根据权利要求5所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，在所述第一碳纤维布片预制件或所述第二碳纤维布片预制件的中部还安置有与所述多个固定销位置相对应的多个钢针，以便形成多个固定孔。
7.根据权利要求1所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，所述树脂胶由树脂和固化剂混合制成。
8.根据权利要求2所述的无人飞行器空心旋翼的制造方法，其特征在于，所述碳胶泥由所述树脂胶和碳粉混合制成。
9.一种由权利要求1-8任一项所述的制造方法制得的空心旋翼，其特征在于，包括：
由第一碳纤维布片预制件制成的第一桨叶弧面；
由第二碳纤维布片预制件制成的第二桨叶弧面；
其中，所述第一碳纤维布片预制件和第二碳纤维布片预制件分别由一组均匀涂刷树脂胶的碳纤维布片粘贴而成；
其中，所述第一桨叶弧面和第二桨叶弧面的边缘粘接为一体，从而形成空心的旋翼。
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