【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料科学与工程，具体为一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法。
技术介绍
1、碳纤维材料凭借其卓越的性能，在无人机领域的应用愈发广泛。无人机机翼作为决定飞行性能的关键部件，对材料特性有着严苛的要求。碳纤维复合材料因具备高比强度、高比模量、耐腐蚀和抗疲劳等显著优势，成为制造无人机机翼的理想之选。
2、然而，在实际应用中仍存在诸多不足。首先，模具的精度和表面光洁度不足，影响机翼的成型质量。材料配比若不准确，会导致机翼性能的不稳定。碳纤维预浸料铺设不均匀，会严重影响机翼的力学性能。在混合树脂的过程中，搅拌不充分会使浸润效果欠佳。排除气泡的方法效果不佳，容易导致机翼内部存在缺陷。固化时温度控制不当，产生的内应力会降低机翼质量。脱模操作若不恰当，还会损伤机翼表面，进而影响其性能和使用寿命。这些问题严重制约了碳纤维复合材料在无人机机翼制造中的充分发挥其优势，亟待针对性的改进和优化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，所述无人机机翼采用碳纤维复合材料制成，该复合材料包括碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂和表面活性剂，其中碳粉末与碳纤维预浸料的质量比为1:65，液态环氧树脂与固化剂的质量之和与碳纤维预浸料的质量比为1:16，表面活性剂的质量为碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂质量之和的3.5％。
4、首先，精心准备模具，模具需具备高精度和良好的表面光洁度。选用不锈钢材质模具，其尺寸和形状严格依照无人机机翼的设计要求定制。在模具表面均匀涂抹脱模剂，所采用的脱模剂为聚四氟乙烯脱模剂，涂抹厚度控制在0.08-0.12mm之间，确保脱模剂全面、均匀覆盖模具表面，不留任何遗漏和堆积之处。
5、接着，按照预定的精准比例称取碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂和表面活性剂。碳纤维预浸料选用t700级，其纤维束规格为12k。称取过程中使用高精度电子秤，误差控制在±0.1g以内。
6、然后，将碳纤维预浸料小心翼翼地铺设在模具中。铺设时，确保预浸料的纤维方向根据机翼的受力情况进行科学排布。在机翼的主要承载区域，纤维方向与机翼轴线呈45°夹角；在次要承载区域，纤维方向与机翼轴线呈-45°夹角。同时，保证预浸料均匀分布，无任何褶皱、重叠或空隙存在。
7、随后，采用喷雾的方式，将碳粉末均匀施加在碳纤维预浸料上。控制喷雾压力在0.3-0.5mpa之间，喷雾距离保持在20-30cm，确保碳粉末能够均匀附着在预浸料表面，形成均匀的涂层。
8、紧接着，将液态环氧树脂与固化剂充分混合均匀。搅拌速度设定为300-500转/分钟，搅拌时间为10-15分钟，然后缓慢倒入模具中。倒入过程中，流速控制在50-80ml/min，使其充分浸润碳纤维预浸料和碳粉末。
9、在倒入环氧树脂与固化剂的混合物过程中，利用真空设备排除气泡。真空设备的真空度保持在1000pa以上，抽真空时间持续30-45分钟，以确保机翼的表面均匀性和平整度，避免出现气孔和缺陷。
10、之后，加入表面活性剂，表面活性剂选用硅烷偶联剂，加入量为碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂质量之和的3.5％，以提高各成分之间的相容性和稳定性。搅拌时间为5-10分钟，搅拌速度为200-300转/分钟。
11、最后，将模具放入温度为85±3℃的环境中进行固化。固化时间为6小时，固化过程中，采用分段升温的方式。先以65℃升温并保持2.5小时，然后再以85℃升温并保持3.5小时，以减少固化过程中的内应力。
12、作为本专利技术的进一步方案：在倒入环氧树脂与固化剂的混合物后，使用振动设备对模具进行轻微振动。振动设备采用高频振动台，振动频率为60hz，振幅为0.8mm，振动时间为15-20分钟。通过振动，进一步促使混合物充分填充模具的各个角落，排除微小气泡，从而提高机翼的致密性和均匀性，减少内部缺陷，确保机翼在使用过程中的稳定性和可靠性。
13、作为本专利技术的进一步方案：所述脱模剂为聚四氟乙烯脱模剂，其涂抹厚度为0.1mm。脱模剂的涂抹需采用专用的喷枪进行，喷枪的压力控制在0.2-0.3mpa，喷射角度为45°，以确保脱模剂均匀、细致地覆盖模具表面，形成一层薄而均匀的隔离层，方便后续的脱模操作，同时避免脱模剂过厚或过薄影响机翼的成型质量和脱模效果。
14、作为本专利技术的进一步方案：所述真空设备的真空度保持在1200pa以上。真空设备配备高精度真空传感器和智能控制系统，能够实时监测和调节真空度，确保在整个气泡排除过程中真空度的稳定。同时，设备具备快速抽气和维持真空的能力，有效缩短抽真空时间，提高生产效率。
15、作为本专利技术的进一步方案：所述碳纤维预浸料的纤维方向根据机翼的受力情况进行铺设。在机翼前缘，纤维方向与机翼轴线夹角为45°，以承受气流冲击产生的拉伸应力；在机翼后缘，纤维方向与机翼轴线夹角为-45°，增强抗剪切能力；在机翼中部，纤维方向与机翼轴线平行，提高整体的抗弯性能。通过这种精心设计的纤维排布方式，能够显著提高机翼的力学性能，满足无人机在各种飞行条件下的强度和刚度要求。
16、作为本专利技术的进一步方案：在模具中还设置有加强筋或夹心结构。加强筋采用铝合金材质，厚度为2.5mm，宽度为10mm，间距为8cm。加强筋通过焊接或镶嵌的方式固定在模具内部，与模具表面紧密贴合，形成有效的支撑体系。夹心结构采用泡沫铝材料，厚度为5mm，其具有轻质、高吸能的特点，能够在不显著增加机翼重量的前提下，有效增强机翼的抗冲击和抗振动性能，提高机翼的整体稳定性和安全性。
17、采用上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
18、机翼重量的显著减轻意义非凡，这不仅大幅提高了无人机的飞行效率和续航能力，使其在搭载相同负载时能飞行更长时间，从而极大地扩大了作业范围，不管是偏远地区的物资运输，还是大范围的农田植保作业，都能更高效完成。精心设计的材料比例和先进的制造工艺，让机翼的力学性能极大增强，能出色承受气流冲击、复杂多变的剪切力以及弯曲力等各种载荷，有力保障飞行的稳定与安全，即便在极端复杂气象条件下或执行极具挑战性的高难度任务，机翼也能保持卓越性能。对碳纤维预浸料纤维方向的精确控制与排布，充分考虑机翼不同部位受力情况并优化，大大提高了无人机的操控性和适应性，使其能在广泛复杂场景中灵活应用，不管是高速飞行还是频繁变换姿态作业，机翼都能提供稳定可靠性能支持。制造过程中，运用真空设备排除气泡、采用振动设备促进混合物填充等精细操作，显著提高机翼的致密性和表面质量，大幅减少内部缺陷，不仅延长机翼使用寿命、降低维护成本，还因减少风阻提升飞行性能，长期使用能降低能源消耗、提高飞行效率。此外，模具中巧妙设置的加强筋和夹本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述无人机机翼采用碳纤维复合材料制成，该复合材料包括碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂和表面活性剂，其中碳粉末与碳纤维预浸料的质量比为1:65，液态环氧树脂与固化剂的质量之和与碳纤维预浸料的质量比为1:16，表面活性剂的质量为碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂质量之和的3.5％。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述无人机机翼的制造方法包括以下详尽步骤：
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：在倒入环氧树脂与固化剂的混合物后，使用振动设备对模具进行轻微振动。振动设备采用高频振动台，振动频率为60Hz，振幅为0.8mm，振动时间为15-20分钟。通过振动，进一步促使混合物充分填充模具的各个角落，排除微小气泡，从而提高机翼的致密性和均匀性，减少内部缺陷，确保机翼在使用过程中的稳定性和可靠性。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述脱模剂为聚四氟乙烯脱模剂，
5.根据权利要求4所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述真空设备的真空度保持在1200Pa以上。真空设备配备高精度真空传感器和智能控制系统，能够实时监测和调节真空度，确保在整个气泡排除过程中真空度的稳定。同时，设备具备快速抽气和维持真空的能力，有效缩短抽真空时间，提高生产效率。
6.根据权利要求5所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述碳纤维预浸料的纤维方向根据机翼的受力情况进行铺设。在机翼前缘，纤维方向与机翼轴线夹角为45°，以承受气流冲击产生的拉伸应力；在机翼后缘，纤维方向与机翼轴线夹角为-45°，增强抗剪切能力；在机翼中部，纤维方向与机翼轴线平行，提高整体的抗弯性能。通过这种精心设计的纤维排布方式，能够显著提高机翼的力学性能，满足无人机在各种飞行条件下的强度和刚度要求。
7.根据权利要求6所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：在模具中还设置有加强筋或夹心结构。加强筋采用铝合金材质，厚度为2.5mm，宽度为10mm，间距为8cm。加强筋通过焊接或镶嵌的方式固定在模具内部，与模具表面紧密贴合，形成有效的支撑体系。夹心结构采用泡沫铝材料，厚度为5mm，其具有轻质、高吸能的特点，能够在不显著增加机翼重量的前提下，有效增强机翼的抗冲击和抗振动性能，提高机翼的整体稳定性和安全性。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述无人机机翼采用碳纤维复合材料制成，该复合材料包括碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂和表面活性剂，其中碳粉末与碳纤维预浸料的质量比为1:65，液态环氧树脂与固化剂的质量之和与碳纤维预浸料的质量比为1:16，表面活性剂的质量为碳纤维预浸料、碳粉末、液态环氧树脂、固化剂质量之和的3.5％。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述无人机机翼的制造方法包括以下详尽步骤：
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：在倒入环氧树脂与固化剂的混合物后，使用振动设备对模具进行轻微振动。振动设备采用高频振动台，振动频率为60hz，振幅为0.8mm，振动时间为15-20分钟。通过振动，进一步促使混合物充分填充模具的各个角落，排除微小气泡，从而提高机翼的致密性和均匀性，减少内部缺陷，确保机翼在使用过程中的稳定性和可靠性。
4.根据权利要求3所述的一种碳纤维在无人机机翼的应用及制造方法，其特征在于：所述脱模剂为聚四氟乙烯脱模剂，其涂抹厚度为0.1mm。脱模剂的涂抹需采用专用的喷枪进行，喷枪的压力控制在0.2-0.3mpa，喷射角度为45°，以确保脱模剂均匀、细致地覆盖模具表面，形成一层薄而均匀的隔离层，方便后续的脱模操作，同时避免脱模剂过厚或过薄影响...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘奇星，王治国，肖梨花，刘政，史双喜，李仁锁，宋小辉，刘忠，
申请(专利权)人：桂林航天工业学院，
类型：发明
国别省市：
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