一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构制造技术

本发明专利技术公开一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，属于飞行器设计领域，包括复合材料轻质舵面、可调节铰链机构等结构。其中，舵面的主梁、前缘、翼肋、后缘均采用碳纤维

【技术实现步骤摘要】
一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构


[0001]本专利技术属于飞行器设计领域，是一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构。

技术介绍

[0002]太阳能无人机总体方案可行性对结构重量的敏感性高，通常要将结构重量系数控制在35％以内才能实现方案闭环。出于降低巡航功耗、增大受光面积的需求，太阳能无人机翼载荷通常在2.4～6.3kg/m2之间，其机翼面积相比同等起飞质量的传统无人机更大。此外，为降低结构质量，太阳能无人机通常采用复合材料翼面结构，其受热固化过程中，尺寸精度和直线度误差较大，安装精度难以保证。传统无人机舵面结构骨架以实心碳纤维结构为主，结构质量大；蒙皮采用刚性材质以保证高翼载荷下的结构刚度，面密度大，维修成本高；铰链通常为隐藏式结构，转动幅度小，拆装难度大，且难以调节舵面与翼面之间的距离。这种舵面及铰链结构不仅不利于结构质量的降低，而且对复合材料加工精度要求高，维护较为困难，因此不利于太阳能无人机性能及加工工艺的提升。

技术实现思路

[0003]为克服上述现有无人机舵面及铰链结构的不足，本专利技术提供了一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，相比传统舵面质量轻，可以快速拆装，并能通过所设计的铰链结构消除复合材料加工误差。
[0004]本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，其中舵面具有主梁，翼肋，前缘，后缘与蒙皮；主梁上沿展向安装有翼肋；各个翼肋前端与后端分别固定于前缘和后缘上；整体舵面外表面铺设蒙皮。
[0005]上述舵面通过铰链连接翼面；舵面的主梁、前缘与后缘均设计为复合材料夹层式结构，内部为PMI泡沫材料，外层包裹碳纤维铺层；舵面的翼肋为复合材料包络式结构，外层为碳纤维层，内部为PMI泡沫材料。
[0006]铰链设计为全向调节铰链，包括托板螺母，转臂，转臂座与调节板。其中，托板螺母固定于主梁上的全向调节铰链安装位置处；转臂后端与托板螺母间螺纹连接固定；转臂前端与转臂座通过展螺相连，形成转动副；转臂座前端开设的连接孔，与调节板背侧中部连接平台上开设的条形孔配合，通过法向螺栓相连，且通过连接平台两侧的挡板限制转臂座的转动；调节板用于连接翼面的后梁。
[0007]上述转臂通过与托板螺母间的相对旋转调节转轴沿弦向的位置，消除复合材料加工和组装造成的全向调节铰链同轴度误差；通过松开各个全向调节铰链中的法向螺栓，使转臂座沿条形孔移动，实现舵面与翼面间距调节。
[0008]本专利技术的优点在于：
[0009]1、本专利技术中提出的轻质舵面结构，采用复合材料夹层式主梁、复合材料包络式翼肋、复合材料前缘、复合材料后缘均由碳纤维和PMI泡沫构成，既能保证结构强度和刚度，又
能降低结构重量；
[0010]2、本专利技术中提出的轻质舵面采用聚酰亚胺柔性蒙皮结构，一方面在保证蒙皮防撕扯性能的同时大幅降低了重量，另一方面进行结构检修时可以随时破坏和更换蒙皮，维修难度小，成本低；
[0011]3、本专利技术中提出的轻质舵面中复合材料夹层式主梁结构，通过
±
45
°
铺层承受扭矩，能够保证柔性蒙皮舵面的刚度，省略斜撑结构，节省结构重量；
[0012]4、本专利技术中提出的轻质舵面中复合材料包络式翼肋采用分离式结构，其中前半段与复合材料夹层式主梁采用榫卯方式连接，既提高了连接精度，又保证了主梁结构完整性；
[0013]5、本专利技术中提出的铰链结构通过调整转臂在托板螺母上的旋进距离、转臂座在安装板上的安装位置来调整多个铰链的同轴度，同时也用来调节舵面与翼面之间的间隙；
[0014]6、本专利技术中提出的轻质舵面通过与翼面垂直的法向螺栓实现与翼面的连接，舵面上预留有作业孔，能够实现舵面的快速拆装，维护简单；
[0015]7、本专利技术中提出的轻质舵面能够与翼面间在
±
45
°
范围内顺畅转动，满足极限工况下的大舵偏角需求。
附图说明
[0016]图1为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中舵面与翼面的装配关系图。
[0017]图2为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中舵面结构图。
[0018]图3为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中全向调节铰链结构图。
[0019]图4为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中舵面的作动系统原理图。
[0020]图5为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中主梁结构图。
[0021]图6为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中翼肋结构图。
[0022]图7为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构中前缘结构图。
[0023]图8为本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构舵面及铰链处于不同舵偏状态时的相对关系图。
[0024]图中：
[0025]1‑
舵面
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全向调节铰链
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
翼面
[0026]4‑
作动系统
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
101
‑
主梁
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
102
‑
翼肋
[0027]103
‑
前缘
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
104
‑
后缘
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
105
‑
蒙皮
[0028]201
‑
托板螺母
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
202
‑
转臂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
203
‑
转臂座
[0029]204
‑
调节板
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
205
‑
展向螺栓
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
206
‑
法向螺栓
[0030]401
‑
舵机
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
402
‑
作动拉杆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
403
‑
舵面摇臂
[0031]1011
‑
矩形孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1012
‑
圆形孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1021
‑
翼肋前段
[0032]1022
‑
翼肋后段
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1031
‑
前缘泡沫层
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1032
‑
前缘碳纤维层
具体实施方式
[0033]下面结合附图进一步对本专利技术进行说明。
[0034]本专利技术适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，舵面具有主梁，翼肋，前缘，后缘与蒙皮；其中主梁上沿展向安装有翼肋；各个翼肋前端与后端分别固定于前缘和后缘上；整体舵面外表面铺设蒙皮；上述舵面通过铰链连接翼面；其特征在于：舵面的主梁、前缘与后缘均设计为复合材料夹层式结构，内部为PMI泡沫材料，外层包裹碳纤维铺层；舵面的翼肋为复合材料包络式结构，外层为碳纤维层，内部为PMI泡沫材料；铰链设计为全向调节铰链，包括托板螺母，转臂，转臂座与调节板。其中，托板螺母固定于主梁上的全向调节铰链安装位置处；转臂后端与托板螺母间螺纹连接固定；转臂前端与转臂座通过展螺相连，形成转动副；转臂座前端开设的连接孔，与调节板背侧中部连接平台上开设的条形孔配合，通过法向螺栓相连，且通过连接平台两侧的挡板限制转臂座的转动；调节板用于连接翼面的后梁；上述转臂通过与托板螺母间的相对旋转调节转轴沿弦向的位置，消除复合材料加工和组装造成的全向调节铰链同轴度误差；通过松开各个全向调节铰链中的法向螺栓，使转臂座沿条形孔移动，实现舵面与翼面间距调节。2.如权利要求1所述一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，其特征在于：主梁的PMI泡沫材料外层包裹有
±
45
°
碳纤维铺层，且在PMI泡沫材料的顶面与
±
45
°
碳纤维铺层之间，以及PMI泡沫材料的底面与
±
45
°
碳纤维铺层之间均设置有0
°
碳纤维铺层；翼肋、前缘、后缘外层均为0
°
/90
°
碳纤维层。3.如权利要求1所述一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，其特征在于：主梁上沿展向上等间隔开有圆形通孔，作为全向调节铰链安装位置，在每个圆形通孔两侧对称位置开有矩形孔，同时相邻两个圆形开孔中心连线中点位置开有矩形孔，作为主梁展向上的翼肋连接位置。4.如权利要求1所述一种适用于太阳能无人机的轻质舵面及铰链结构，其特征在于：首先，设计主梁纵截面为矩形；主梁左右两端端面中部设计有凹槽，在凹槽两端形成两个凸起插头，用于连接位于主梁端部的翼肋；其次，设计翼肋包括前段翼肋...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良，郭阳，姚远，夏兴禄，马东立，杨穆清，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：