CN111268142A - 一种无人机机翼的防冰结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无人机机翼的防冰结构，设置在无人机机翼的前缘位置，所述无人机机翼的防冰结构包括前缘蒙皮，所述前缘蒙皮包括由外到内的外皮、保护层、导热层、发热层、隔热层，所述发热层采用柔性碳纤维布，通过通电的方式进行发热，所述隔热层用于确保所述发热层的加热能量朝着冰面单向传递；所述导热层采用导热材料，用于传导所述发热层产生的热量；所述保护层用于保护所述导热层；所述外皮用于支撑并保护所述前缘蒙皮；本发明将碳纤维通电加热技术应用到无人机上，将碳纤维布内置在机翼的前缘蒙皮中，采用的碳纤维材料加热架构可获得更好的防除冰效果。
Description
技术领域
本发明涉及无人机设备领域，具体涉及一种无人机机翼的防冰结构。
背景技术
飞机结冰是所有飞机都不能回避的问题，无人机也同样，为了减轻飞机自身重量，当前大部分无人机都采用碳纤维复合材料作为机身材料，针对碳纤维复合材料机翼如何解决防除冰，是大部分无人机生产商将要考虑的问题。
飞机的机翼、机尾结冰对飞行影响最大，而机翼、机尾的前缘最易结冰，查阅相关的除冰报道，很多电加热除冰是在机翼内部安装加热元件，然后罩上机翼蒙皮，加热元件散发的热量通过机翼蒙皮散发出来。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种无人机机翼的防冰结构，设置在无人机机翼的前缘位置，所述无人机机翼的防冰结构包括前缘蒙皮，所述前缘蒙皮包括由外到内的外皮、保护层、导热层、发热层、隔热层，所述发热层采用柔性碳纤维布，通过通电的方式进行发热，所述隔热层用于确保所述发热层的加热能量朝着冰面单向传递；所述导热层采用导热材料，用于传导所述发热层产生的热量；所述保护层用于保护所述导热层；所述外皮用于支撑并保护所述前缘蒙皮。
较佳的，所述前缘蒙皮呈月牙型，设置为整体曲面的多层结构，通过旋转螺钉拆装固定在所述无人机机翼上。
较佳的，所述发热层选用平织形式带有矩形网孔的柔性碳纤维布，所述发热层的宽度为所述前缘蒙皮的宽度，所述柔性碳纤维布的长度通过功率的计算确定。
较佳的，所述柔性碳纤维布的厚度小于0.1mm，并使用环氧树脂与所述导热层、所述隔热层固定，所述环氧树脂的厚度为0.12mm～0.17mm，所述柔性碳纤维布和所述环氧树脂的整体厚度不超过0.25mm。
较佳的，所述隔热层采用聚氨酯材料，厚度为0.18mm～0.22mm。
较佳的，所述导热层采用导热硅脂，厚度为0.45mm～0.52mm。
较佳的，所述保护层材料选用杜邦膜，厚度为0.04mm～0.06mm。
较佳的，所述发热层的上下两端均设置有一个电极，所述无人机机翼对应所述前缘蒙皮的两侧设置有锲型长条插槽，所述电极分别***两个所述锲型长条插槽内。
较佳的，将铜片织入柔性碳纤维布的上下两端作为所述发热层的所述电极，铜质的所述电极从所述发热层上下两端向外延伸长度为18mm～22mm，厚度为1.8mm～2.2mm，上端的所述电极为正极电极，下端的所述电极为负极电极。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明将碳纤维通电加热技术应用到无人机上，创新提出把机翼前缘蒙皮从蒙皮中分离出来，并提出将碳纤维布内置在机翼的前缘蒙皮中，电极布置及安装形式都有独创性，多个前缘蒙皮可共用一个电极，且拆装简单，这种采用碳纤维材料加热的架构将会获得更好的防除冰效果。
附图说明
图1为所述无人机机翼的结构视图；
图2为所述无人机机翼的截面结构视图；
图3为所述前缘蒙皮的结构视图；
图4为所述发热层的布局示意图；
图5为多个所述前缘蒙皮并排镶嵌的结构示意图；
图6为所述无人机机翼的防冰结构的电路示意图。
图中数字表示：
1-前缘蒙皮；2-上蒙皮；3-下蒙皮；4-结冰传感器；5-继电器开关；6-防除冰电源模块；11-外部层；12-导热层；13-发热层；14-隔热层；15-机架；16-正电极；17-负电极；18-锲型长条插槽正电极；19-锲型长条插槽负电极。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
如图1、图2所示，图1为所述无人机机翼的结构视图；图2为所述无人机机翼的截面结构视图；本发明所述无人机机翼的防冰结构设置在所述无人机机翼的前缘位置，所述无人机机翼的防冰结构包括前缘蒙皮1，所述前缘蒙皮1呈月牙型，设置为整体曲面的多层结构，通过旋转螺钉可拆卸的固定在所述无人机机翼上。
所述无人机机翼上还设置有上蒙皮2和下蒙皮3，同所述前缘蒙皮1一起形成所述无人机机翼的外层保护结构。所述前缘蒙皮1比所述无人机机翼上的所述上蒙皮2和所述下蒙皮3都要厚点，一般的，所述前缘蒙皮1的总厚度约为2mm，所述上蒙皮2和所述下蒙皮3的厚度约1mm。
如图3所示，图3为所述前缘蒙皮的结构视图；所述前缘蒙皮1包括由外到内的外部层11、导热层12、发热层13、隔热层14、机架15。
所述发热层13采用柔性碳纤维布，通过通电的方式进行发热，所述柔性碳纤维布的型号需要根据加热功率来选择，因为碳纤维的模量越高，电阻越小，输出功率越高，制热效果越好。
较佳的，所述发热层13选用平织形式带有矩形网孔的柔性碳纤维布，宽度为弧形状所述前缘蒙皮1的宽度，所述柔性碳纤维布的长度需要经过功率计算确定(单位长度的碳纤维具有固定的阻值)。
所述柔性碳纤维布的厚度一般小于0.1mm，并使用环氧树脂与所述导热层12、所述隔热层14固定，所述环氧树脂的厚度为0.15mm，所述柔性碳纤维布和所述环氧树脂的整体厚度不超过0.25mm。
所述隔热层14采用聚氨酯材料，厚度约为0.2mm，用于确保所述发热层13的加热能量朝着冰面单向传递。
所述导热层12材料采用导热硅脂，厚度约为0.5mm，用于使碳纤维发热层13与所述外部层11之间粘接加固从而紧密连接，并将热量均匀传出去。
所述外部层11包括外皮和保护层，所述外部层11用于支撑并保护内部各层，内部的所述保护层材料选用杜邦膜，厚度约为0.05mm，用于保护所述导热层12，外部的所述外皮厚度约为1mm。
如图4所示，图4为所述发热层13的布局示意图；所述发热层13的上下两端分别设置有一正电极16和一负电极17。具体的，将铜片织入柔性碳纤维布的上下两端分别作为所述发热层13的所述正电极16和负电极17，铜质的所述正电极16和负电极17从所述发热层13上下两端向外延伸长度约为2厘米，厚度为2mm，上端为正电极16，下端为负电极17。
安装所述前缘蒙皮1时，要将所述铜电极16***设置在所述前缘蒙皮1与上蒙皮2之间的锲型长条插槽18中，将所述铜电极17***设置在所述前缘蒙皮1与下蒙皮3之间的锲型长条插槽19中，所述前缘蒙皮1与所述上蒙皮2之间的所述锲型长条插槽18为正极插座，所述前缘蒙皮1与所述下蒙皮3之间的所述锲型长条插槽19为负极插座。
本发明通过所述前缘蒙皮1的结构设置，可将所述前缘蒙皮1从整体蒙皮中分离出来，通过独立安装和拆卸的所述前缘蒙皮1实现对最易结冰的机翼前缘进行加热除冰防冰，从而实现无人机机翼的高效防冰。
实施例二
如图5所示，图5为多个所述前缘蒙皮1并排镶嵌的结构示意图；所述无人机机翼可设置有若干个所述前缘蒙皮1(也可以只选择一个前缘蒙皮1，根据设计要求而定)，各所述前缘蒙皮1并排镶嵌在上下2个所述锲型长条插槽中，即锲型长条插槽正电极18和锲型长条插槽负电极19中，所述锲型长条插槽正电极18和所述锲型长条插槽负电极19设置为长条状，且锲型长条插槽正电极18和所述锲型长条插槽负电极19设置的长度由若干所述前缘蒙皮1连接后的长度确定，从而使多个所述前缘蒙皮1由一路电源供电。
这种供电方式的优点是结构简单，布线简化，拆装方便。同样的，也可将多个所述前缘蒙皮1共用同一所述锲型长条插槽正电极18和一所述锲型长条插槽负电极19，实现多个所述前缘蒙皮1的同时供电加热除冰。
实施例三
如图6所示，图6为所述无人机机翼的防冰结构的电路示意图；所述无人机机翼的防冰结构还包括结冰传感器4、继电器开关5、防除冰电源模块6，所述防除冰电源模块6通过所述继电器开关5与机载电源连接，所述结冰传感器4控制所述继电器开关5的开关，所述防除冰电源模块6控制所述前缘蒙皮1的通断电。一般的，所述结冰传感器4设置在所述无人机机翼的翼尖位置处。
当所述结冰传感器4报出结冰信号时，所述继电器开关5(K2)闭合，所述防除冰电源模块6工作，所述前缘蒙皮1通电加热；当所述结冰传感器4报出无冰信号时，所述继电器开关5(K2)断开，所述防除冰电源模块6停止工作。
所述发热层13要根据防除冰功率要求，计算出负载阻抗，即碳纤维的电阻值，还要根据设计要求的碳纤维长度选择碳纤维的型号，因为碳纤维模量越高，电阻越小。
所述防除冰电源模块6的输出电压大小也能调节输出功率大小，电压低则电流大，电压高则电流小，建议电压在36V安全电压以下工作，这样工作更加安全可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种无人机机翼的防冰结构，其特征在于，设置在无人机机翼的前缘位置，所述无人机机翼的防冰结构包括前缘蒙皮，所述前缘蒙皮包括由外到内的外皮、保护层、导热层、发热层、隔热层，所述发热层采用柔性碳纤维布，通过通电的方式进行发热，所述隔热层用于确保所述发热层的加热能量朝着冰面单向传递；所述导热层采用导热材料，用于传导所述发热层产生的热量；所述保护层用于保护所述导热层；所述外皮用于支撑并保护所述前缘蒙皮。
2.如权利要求1所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述前缘蒙皮呈月牙型，设置为整体曲面的多层结构，通过旋转螺钉拆装固定在所述无人机机翼上。
3.如权利要求1所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述发热层选用平织形式带有矩形网孔的柔性碳纤维布，所述发热层的宽度为所述前缘蒙皮的宽度，所述柔性碳纤维布的长度通过功率的计算确定。
4.如权利要求3所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述柔性碳纤维布的厚度小于0.1mm，并使用环氧树脂与所述导热层、所述隔热层固定，所述环氧树脂的厚度为0.12mm～0.17mm，所述柔性碳纤维布和所述环氧树脂的整体厚度不超过0.25mm。
5.如权利要求1所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述隔热层采用聚氨酯材料，厚度为0.18mm～0.22mm。
6.如权利要求1所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述导热层采用导热硅脂，厚度为0.45mm～0.52mm。
7.如权利要求1所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述保护层材料选用杜邦膜，厚度为0.04mm～0.06mm。
8.如权利要求3所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，所述发热层的上下两端均设置有一个电极，所述无人机机翼对应所述前缘蒙皮的两侧设置有锲型长条插槽，所述电极分别***两个所述锲型长条插槽内。
9.如权利要求8所述的无人机机翼的防冰结构，其特征在于，将铜片织入柔性碳纤维布的上下两端作为所述发热层的所述电极，铜质的所述电极从所述发热层上下两端向外延伸长度为18mm～22mm，厚度为1.8mm～2.2mm，上端的所述电极为正极电极，下端的所述电极为负极电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200612 |