本實用新型屬于航空工程結構技術領域，尤其涉及一種無人機機翼一體復合梁結構。

背景技術：

追求長航時的無人機，多采用高展弦比的設計，以降低誘導阻力，提高升阻比。但是，大展弦比的機翼，其根部需要承受巨大的彎矩，及扭轉力矩。翼梁作為機翼的主要受力件，對機翼的強度起到了至關重要的作用。目前大展弦比的機翼的翼梁制造方法多為模造：翼梁的上下緣條及腹板一般為全碳纖維或玻璃鋼材料在模具中成型。此法得到的翼梁，強度高，且翼梁各處的強度分布，可以通過改變纖維鋪層的數(shù)量，方向來實現(xiàn)。但是，因為制作過程需要匹配翼梁形狀的模具，及配套設備，成本居高不下。所以需要一種制作方便，結構合理，容易推廣的新型翼梁。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供了一種無人機機翼一體復合梁結構，實現(xiàn)了低成本、制作方便、結構合理和容易推廣的新型翼梁，其性能滿足大展弦比機翼對梁強度的要求。

本實用新型采用的技術方案是：

結構包括由沿梁延伸方向的緣條基材、腹板基材、方形基材和內部填充層構成的梁實體結構以及包覆在梁實體結構外的緣條加強層和腹板加強層，兩塊平行的腹板基材分別支撐在兩塊平行的緣條基材之間兩側，兩塊緣條基材和兩塊腹板基材相搭建形成的中間腔中設置內部填充層和位于內部填充層兩端的方形基材，由此形成梁實體結構；并在緣條基材的外表面覆有緣條加強層，在緣條加強層和實體結構的外表面包覆腹板加強層，腹板基材外側面開有用于與翼肋相連接的定位孔。

基材的作用在于定型及承受抗壓。

所述的緣條基材、方形基材、腹板基材和內部填充層采用木質材料或抗壓泡沫，緣條加強層和腹板加強層采用纖維增強復合材料。

纖維增強復合材料具體是采用碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維活著尼龍纖維等增強型纖維。

制作過程中，所述緣條加強層和腹板加強層均與梁實體結構外表面的緣條基材和通過膠粘劑粘一起。

所述的緣條加強層和腹板加強層沿梁延伸方向的截面尺寸沿展向漸變，尺寸從根部至梢部由大變小。

所述的膠粘劑是不飽和聚酯、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或者結構膠。

所述的內部填充層采用木材、抗壓的泡沫(PMI，XPS)或蜂窩夾芯層。

所述的腹板加強層是由加強纖維以網(wǎng)格的形狀纏繞在梁實體結構外側形成。

為了獲得最佳的加強效果，在緣條基材外側，固定緣條加強層，其采用纖維增強復合材料，各向異性，沿纖維方向具有很強的抗拉性能，與基材復合后，綜合性能更優(yōu)異。

纖維增強復合材料具體能采用玻璃鋼或者碳纖維增強復合材料(cFRP)。

所述的腹板基材，采用各項異性的木材，其木紋方向垂直于翼展方向，目的在于維持翼梁形狀，防止上下緣條因受擠拉變形，結構失穩(wěn)。

所述的腹板加強層，采用纖維增強復合材料纏繞的方式，包覆在一體梁外側，纖維方向斜置。此舉，可以在緣條加強層與緣條基材之間形成連接支點，有效防止緣條加強層剝離，而導致結構變形，另，斜置的纖維加強層，有利于提高腹板的抗剪性能，以及梁整體的抗扭能力，進一步提高一體梁的力學性能。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型的一體復合梁結構能夠廣泛用于長航時無人機，太陽能無人機等對翼梁強度要求高的無人機。

本實用新型結構簡單，合理，取材容易，制作條件沒有太高的要求，制造成本低，便于推廣。

本實用新型結構設計合理，梁加強材料布置在梁上下表面，且沿翼展方向受力截面漸變，腹板加強層斜置，提高腹板抗剪性能及梁的抗扭性能，整體力學性能優(yōu)異，滿足大展弦比無人機機翼對梁強度的要求。

本實用新型一體梁腹板上留有定位孔，便于構架翼肋的精確定位，降低下一步的組裝難度，提高了組裝的精度，進而提高了結構的可靠性。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖，截面為口型，加強緣條布置在上下表面的位置。

圖2是本實用新型腹板基材的俯視圖。

圖3是本實用新型橫截面示意圖。

圖中：1、緣條基材，2、腹板基材，3、緣條加強層，4、腹板加強層，5、內部填充層，6、定位孔，7、方形基材。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式進行描述。

如圖1所示，本實用新型一體復合梁結構包括由沿梁延伸方向(即翼展方向)的緣條基材1、腹板基材2、方形基材7和內部填充層5構成的梁實體結構以及包覆在梁實體結構外的緣條加強層3和腹板加強層4，兩塊平行的腹板基材2分別支撐在兩塊平行的緣條基材1之間兩側，兩塊緣條基材1和兩塊腹板基材2相搭建形成的中間腔中設置內部填充層5和位于內部填充層5兩端的方形基材7，由此形成梁實體結構；并在緣條基材1的外表面覆有緣條加強層3，在緣條加強層3和實體結構的外表面包覆腹板加強層4，腹板基材2外側面開有用于與翼肋相連接的定位孔6。

本實用新型的實施例及其實施制備過程如下：

具體實施中，內部填充層置于一體梁的內部，用于結構抗壓，防結構失穩(wěn)，本實施例中，采用PMI泡沫作為內部填充材料。

內部填充層，需與外側緣條基材及腹板基材組合而成的箱型結構粘接緊密，本實施例中，采用常溫固化的環(huán)氧樹脂膠進行兩者的粘接。

緣條基材與緣條加強層，通過膠粘的方式粘接在一起，在本實施例中，采用了常溫固化的環(huán)氧樹脂。

腹板加強層，需要沿翼展方向漸截面漸變，本實施例中，采用12K輾寬碳纖維絲作為加強纖維，通過在不同位置布置不同數(shù)目的纖維絲，來達到截面漸變的效果，本實施例中，翼梁長為2.7m，從翼梁的根部至梢部，間隔300mm,分別布置14根，13根，12根，11根，10根，8根，6根，4根，1根，更為具體的布置方式為，先布置2.7m長的12K纖維絲一根，再從根部起布置2.4m長的纖維絲3根，接著從根部起布置2.1M長的12K纖維絲2根，以此類推。直到梁各處布置了相應數(shù)目的纖維絲。

另外，在本實施例中，考慮到機翼上緣條主要受壓，而機翼下緣條主要受拉，材料抗拉性能優(yōu)于抗壓，所以，上緣條實際布置的纖維絲數(shù)量，為下緣條布置數(shù)量的1.5倍。

緣條基材和緣條加強層，經(jīng)過復合處理后成為一體，本實施例中，復合處理后的緣條，與方形基材7粘接，形成T型緣條，這樣的結構，利于與腹板的粘接定位。

本實用新型解決了現(xiàn)有一體復合機翼翼梁制造成本高，普通一體翼梁性能不佳的不足，更具有良好的可操作性。制造周期短，材料成本低，制作精度高。具有顯著的技術效果。

通過具體實施，本實用新型在制作過程中，不需要專門與翼梁形狀相匹配的模具，只需要一個長條形的真空袋，而此袋采用市面上常見的塑料腸衣即可，故制作簡單，成本低，操作方便。

另外，緣條加強層布置在箱型梁結構的上下表面，能夠充分利用機翼有限的結構高度，進一步發(fā)揮緣條加強層的增強作用，具有結構上的合理性。

而在翼梁外側交叉纏繞的腹板加強層，對緣條加強層和緣條基材具有束縛作用，有效防止緣條加強層在受力的情況下與緣條基材相剝離，進而導致結構變形，失穩(wěn)。斜拉的腹板加強層，受力方向沿斜向，起到了類似桁架結構中，斜腹桿的作用，具有抗扭及抗剪的效果。本實施例中，該腹板加強層以膠粘的方式，與梁牢牢地粘合在一起，進一步增加了其力學性能。

通過實施例對比實踐，發(fā)現(xiàn)兩個類似外形尺寸，結構重量相近的翼梁，對比梁采用變厚度木制緣條(無緣條加強層，無腹板加強層)，在靜力載荷3KG的試驗中，對比梁發(fā)生結構變形，而本一體梁形態(tài)良好，仿真結果顯示，其此時的安全系數(shù)為2.5，可以滿足實際飛行過程中對梁的過載要求。

由此可見，本實用新型結構設計合理，提高腹板抗剪性能及梁的抗扭性能，力學性能優(yōu)異，滿足大展弦比無人機機翼對梁強度的要求。