CN105881922A - 一种新型高抗冲击型无人机机体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高抗冲击性无人机机体结构，其包括以下步骤：1)分别在分体金属模具上，采用真空袋成型工艺制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮均为两件分体；2)制备EPP(聚丙烯泡沫)泡沫预制体、相应的金属和塑料配件；3)将泡沫预制体、相应的金属和塑料配件与两件分体蒙皮在模具内进行胶接；4)合模胶接固化后得到机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾结构件。利用该工艺可以得到一种高抗冲击的无人机复合材料结构，尤其是单兵作战，快速起降回收等方面有显著改进，为复合材料层合板的轻量化和低成本化打下坚实基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型高抗冲击型无人机机体结构，将全高度的高抗冲击的EPP泡沫预制体与高抗冲击的凯夫拉纤维增强环氧树脂蒙皮，通过胶接连接在一起，形成一种新型的高抗冲击性的无人机机体结构。
技术背景
近年来，随着应用研究的深入和成型技术的发展，复合材料超近程无人侦察机已经被广泛应用于军事侦察，地图绘制等方面。然而，由于受到传统材料的结构以及胶接、固化等工艺的限制，导致无人机冲击损伤容限普遍较低，降落回收很容易对机体结构造成损伤，限制了其在复杂环快速反应单兵作战境的应用。
目前，用于军事侦察，地图绘制的无人机机体结构主要是高强度的碳纤维层合材料，部分框、梁、肋亦为碳纤维复合材料制品。其具备轻质高强，耐环境性等优良特性，但存在其抗冲击性能较弱，不透波，结构重量受到材料难以进一步降低，成本居高不下等问题。
凯夫拉纤维作为典型的高抗冲击性材料，广泛应用于防弹头盔、轻质防弹衣、坦克壳体、无人机机体等领域，而EPP泡沫材料则是一种广泛应用于包装、防护等方面的新型材料，具备良好的吸能、回弹、抗冲击性能，有益的将两者结合在一起，形成一种新的复合材料并应用于无人机机体结构。该机体结构由于其具备高抗冲击性，故采用低空失速降落回收的方式，解决了伞降或网撞回收等问题，适用于复杂环境的快速反应作战，同时解决了批量化生产，降低结构重量和成本等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效解决上述问题的无人机机体结构。该结构将全高度的高抗冲击的EPP泡沫预制体与高抗冲击的凯夫拉纤维增强环氧树脂蒙皮，通过胶接连接在一起，形成一种新型的高抗冲击性的无人机机体结构。为无人机机体结构的抗高冲击、轻量化和低成本化打下坚实基础。
本发明中一种新型高抗冲击性无人机机体结构，其包括以下步骤：
1)分别在分体金属模具上，采用真空袋成型工艺制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮均为两件分体；
2)制备EPP(聚丙烯泡沫)泡沫预制体、相应的金属和塑料配件；
3)在模具内采用合模胶接的方法将EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件与两件分体蒙皮连接在一起，固化后得到凯夫拉纤维增强蒙皮全高度EPP泡沫夹层结构的机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾结构件。
在上述步骤1)中分别在分体金属模具上，采用真空袋成型工艺制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮。
所述真空袋成型工艺是将凯夫拉纤维织物铺放在分体金属模具上，浸渍环氧树脂均匀无遗漏，再铺放脱模布、吸胶毡、透气毡等辅助材料，置入真空袋中，待固化后，用金刚刀割除多余的部分制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，包括机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮等。
所述的凯夫拉纤维织物面密度在60g/m2～290g/m2之间。
在上述步骤2)中制备EPP(聚丙烯泡沫)泡沫预制体、相应的金属和塑料配件。
所述EPP泡沫预制体，是通过将EPP泡沫颗粒，通过注入按设计好形状尺寸内腔的对模模具中，采用水蒸气高温加热发泡，常温固化定型形成所需形状尺寸的EPP泡沫制品。EPP泡沫预制体可根据需要设计不同的密度，所述的EPP泡沫预制体密度在20kg/m3～45kg/m3之间。
在上述步骤3)中在模具内采用合模胶接的方法将EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件与两件分体蒙皮连接在一起。
所述合模胶接的方法是在上述步骤1)制备的蒙皮上，涂刷一层环氧树脂 胶黏剂，依次按设计位置，铺放凯夫拉纤维增强层、EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件，定位完成后，通过合模加压的方法，排出气泡并定型，置入烘箱内在60℃条件下固化，得到所需性能的无人机机体结构件。
本发明将两种高抗冲击性的材料有机的结合一起，不仅提高了无人机机体结构的抗冲击能力，尤其是其轻质高强、有效吸能、取材广泛低廉等特性，为无人机机体结构的轻量化和低成本化打下坚实基础。
附图说明
图1为本发明中机体结构制造工艺流程图。
图2为本发明中中翼的模具及定位工装示意图。
图3为本发明中蒙皮的真空袋成型工艺示意图。
图4为本发明中中翼结构合模胶接示意图。
图5为本发明中中翼结构件示意图。
图6为本发明中中翼静力试验加载方案。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的机体结构的中翼生产具体实施例作详细说明。
本发明中一种新型高抗冲击性无人机机体结构的中翼，其包括以下步骤：
1)材料、设备的准备
此步骤中主要包括凯夫拉纤维织物的剪裁、模具及定位工装、基体树脂体系、泡沫预制体、相应的金属和塑料配件、工艺参数的确定等准备。本发明中的凯夫拉纤维织物采用平纹织物，面密度在60g/m2～290g/m2之间，剪裁尺寸略大于所需产品尺寸15mm～25mm；模具及定位工装如附图2所示；基体树脂体系选用高韧性的环氧树脂体系；EPP泡沫预制体密度在20kg/m3～45kg/m3之间；金属配件选用硫酸阳极化的铝合金件；塑料配件选用耐温性能优良的尼龙材料制件；成型工艺参数确定为真空度0.078MPa以上，常温24小时成型或60℃条件下3小时。
2)中翼蒙皮的制备
如图3所示，制备凯夫拉纤维蒙皮如下：分别在上下中翼模具上，整体湿法铺放1层60g/m2凯夫拉纤维铺层；依次铺放脱模布、吸胶毡、透气毡等辅助材料，真空袋封装后抽真空固化，固化后用金刚刀割除多余的部分制备中翼上下蒙皮；
3)合模胶接制备中翼结构件
合模胶接的方法制备中翼结构件如附图4所示，分别在中翼蒙皮上涂刷胶液，中翼梁位置铺放相应凯夫拉纤维加强层；在下模具上铺放中翼梁铺层，置入中翼前泡沫，将中翼梁铺层与前泡沫胶接，形成槽型中翼梁结构；与左右外翼连接的前后插接套管，通过模具上的插接件定位槽完成定位，前插接套管在尼龙材质套管固定块的辅助下胶接在中翼梁上；用环氧胶浸透纤维丝束铺放在周边，保证前后前后缘以胶接的形式与上下蒙皮连接，胶接时通过上下模具合模以保证精确度。中翼结构胶接固化完成后，脱模并修整，利用刻线样板在相应位置划线，加工连接孔、夹持槽等得到中翼结构件如图5。
4)检验测试与验收
由于中翼在飞行中主要承受面载荷作用，为便于实施静力试验，可将机翼面载荷简化后进行加载试验。试验方法如下：将无人机倒置，固定机身，在中翼上加载沙袋模拟中翼上的分布力，沙袋的加载区域为中翼的气动中心附近的12个等间距区域，按中翼过载系数逐渐增加沙袋的重量，并记录中翼的挠度，直到中翼破坏为止。简化后的中翼加载方案如图所示。对中翼施加过载系数为1、1.5、2、2.5、3等5次加载，通过记录试验数据来论证中翼的结构设计可靠性、工艺方案的可行性。
综上所述，通过上述工艺不仅可以提高层合板间的层间断裂韧性，还可以提升无人机复合材料层合板的结构设计范围，同时也可为复合材料结构连接技术提供新的方向。
Claims (6)
1.一种新型高抗冲击性无人机机体结构，其包括以下步骤：
1)分别在分体金属模具上，采用真空袋成型工艺制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮均为两件分体；
2)制备EPP(可发性聚丙烯)泡沫预制体、相应的金属和塑料配件；
3)在模具内采用合模胶接的方法将EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件与两件分体蒙皮连接在一起，固化后得到凯夫拉纤维增强蒙皮全高度EPP泡沫夹层结构的机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾结构件。
2.根据权利要求1所述的新型高抗冲击性无人机结构，其特征在于：在上述步骤1)中分别在分体金属模具上，采用真空袋成型工艺制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮均为两件分体。
3.根据权利要求2所述的新型高抗冲击性无人机结构，其特征在于：所述真空袋成型工艺是将凯夫拉纤维织物铺放在分体金属模具上，浸渍环氧树脂均匀无遗漏，再铺放脱模布、吸胶毡、透气毡等辅助材料，置入真空袋中，待固化后，用金刚刀割除多余的部分制备凯夫拉纤维增强环氧树脂基复合材料蒙皮，包括机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾蒙皮等。
4.根据权利要求1所述的新型高抗冲击性无人机结构，其特征在于：在上述步骤3)在模具内采用合模胶接的方法将EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件与两件分体蒙皮连接在一起，固化后得到凯夫拉纤维增强蒙皮全高度EPP泡沫夹层结构的机身、中翼、左右外翼、垂尾、平尾结构件。所述合模胶接的方法是在上述步骤1)制备的蒙皮上，涂刷一层环氧树脂胶黏剂，依次按设计位置，铺放凯夫拉纤维增强层、EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件，定位完成后，通过合模加压的方法，排出气泡并定型，置入烘箱内在60℃条件下固化，得到所需性能的无人机机体结构件。
5.根据权利要求1所述的新型高抗冲击性无人机结构，其特征在于：所述凯夫拉纤维织物采用平纹织物，面密度在60g/m2～290g/m2之间；基体树脂体系选用高韧性的环氧树脂体系；成型工艺参数确定为真空度0.078MPa以上，常温24小时成型或60℃条件下3小时。
6.根据权利要求1所述的新型高抗冲击性无人机结构，其特征在于：在上述步骤2)制备EPP泡沫预制体、相应的金属和塑料配件；EPP泡沫预制体密度在20kg/m3～45kg/m3之间；金属配件选用硫酸阳极化的铝合金件；塑料配件选用耐温性能优良的尼龙材料制件。
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