一种轻型升降舵的制作方法

1.本实用新型属于太阳能无人机技术领域，尤其涉及一种轻型升降舵。


背景技术：

2.太阳能无人机是利用太阳光辐射能作为动力的无人驾驶飞行器，它利用光伏电池将太阳能转化为电能，通过电动机驱动螺旋桨旋转产生飞行动力。升降舵是控制无人机升降的“舵面”，当我们需要操纵无人机抬头或低头时，水平尾翼中的升降舵就会发生作用。升降舵是水平尾翼中可操纵的翼面部分，其作用是对无人机进行俯仰操纵。
3.太阳能无人机要求实现超轻结构设计，即要求在满足结构强度和刚度要求的前提下，重量最轻；传统的以实心碳纤维结构为主的升降舵骨架的重量大，难以满足太阳能无人机的超轻结构要求，成为一大难题，因此优化太阳能无人机的升降舵具有深远影响。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的以实心碳纤维结构为主的升降舵骨架的重量大，难以满足太阳能无人机的超轻结构要求的问题，本实用新型提供一种轻型升降舵。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下，一种轻型升降舵，包括主梁、后缘、多个直肋和多个斜肋，所述主梁、后缘、直肋和斜肋的材料均为碳纤维泡沫夹芯复合材料，所述直肋和斜肋的前端均与主梁固定连接，所述直肋和斜肋的尾端均与后缘固定连接，多个所述直肋沿主梁的长度方向依次间隔设置，所述斜肋与直肋间隔设置，所述主梁、直肋、斜肋和后缘整体形成升降舵骨架，且升降舵骨架整体呈流线型；所述主梁上沿其长度方向设置有至少三组铰接接头，位于所述主梁中部的一个铰接接头上连接有支臂，所述支臂上铰接有操纵连杆。
6.作为优选，每两个所述斜肋交叉设置，每两个所述斜肋交叉处开设有卡槽并通过胶接固定；所述后缘上也开设有卡槽，所述直肋的尾端与对应的卡槽胶接固定。卡槽便于直肋和斜肋精准的安装定位，且增加胶接面积，大幅提高连接强度。
7.进一步地，每相邻两个所述直肋之间设置一组交叉设置的斜肋。确保交叉设置的斜肋大幅提高升降舵骨架的可靠性和稳定性。
8.进一步地，所述直肋与主梁之间设置有角片，且所述角片分别与主梁和直肋胶接固定；所述斜肋与直肋之间也设置有角片，且所述角片分别与斜肋和直肋的胶接固定；所述角片为碳纤维层压板结构。角片的角度根据实际使用场景进行选择，角片大幅增加胶接面积，提高连接强度。
9.作为优选，所述主梁、后缘、直肋和斜肋上均开设有减重孔，位于所述主梁两端的直肋为完整的密封面。减重孔的实际形状、位置和大小，通过受力大小和数值分析确定，在保证刚强度的同时，去除多余的材料，保证质量最轻。
10.作为优选，铰接接头处受力较大，为保证此位置的结构强度，所述铰接接头的底座除通过胶接与主梁固定连接外，且所述铰接接头的底座还通过螺栓与主梁固定连接，所述
主梁上胶接有加强片，所述铰接接头的底座和加强片位于主梁的两侧，且所述加强片与螺栓的位置相对设置，从而确保连接强度。
11.作为优选，所述主梁的前端设置有前缘，所述前缘的前端呈弧形，所述前缘的后端挖空设置，所述前缘的后端与主梁的前端胶接固定。在该升降舵上下旋转的同时，前缘保持升降舵的气动外形，转动过程中保证气流的顺利通过。
12.进一步地，所述前缘的材料为玻璃纤维泡沫夹芯复合材料。相对碳纤维泡沫夹芯复合材料，具有更好的抗冲击性能，使前缘可以抵抗外来物的冲击。
13.进一步地，前缘包括泡沫夹芯层和包裹在泡沫夹芯层外部的一层玻璃纤维铺层；所述主梁、后缘、直肋和斜肋均包括泡沫夹芯层和包裹在泡沫夹芯层外部的至少一层碳纤维铺层。通过受力大小和数值分析确定玻璃纤维铺层和碳纤维铺层的层数，确保各结构的刚强度。
14.进一步地，所述升降舵骨架的上表面和下表面均包覆有蒙皮，或者仅所述升降舵骨架的下表面包覆有蒙皮，所述蒙皮为单层复合材料层压板或聚碳酸酯薄膜，所述升降舵的上表面可以设置太阳能电池板。升降舵骨架维持蒙皮的外形，提高该升降舵的稳定性，蒙皮维持飞机的外形，使之具有很好的空气动力特性。
15.有益效果：本实用新型的轻型升降舵，满足太阳能无人机轻量化的要求，整体利用碳纤维泡沫夹芯复合材料，且开设有减重孔，在保证结构强度和刚度的同时，整体质量轻，结构效率高；且能利用泡沫夹芯极强的吸振、抗振能力将绝大部分振动和冲击能量吸收耗散；泡沫夹芯具有良好的弹性性能和抗拉、抗压能力，能够保证舵面产生变形时对太阳能电池板的影响极小，以保证太阳能电池板与该轻型升降舵的紧密结合，同步提高无人机强度和刚度，使机体综合结构能力增强，延长了无人机的使用寿命；整体结构件数量少，绝大部分部件为胶接装配，且胶接牢靠，大大提高了生产效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
17.图1是本实用新型轻型升降舵的立体结构示意图；
18.图2是图1中a的局部放大示意图；
19.图3是本实用新型轻型升降舵的另一角立体结构示意图；
20.图4是图3中b的局部放大示意图；
21.图中：1、主梁，1-1、减重孔，2、后缘，3、直肋，4、斜肋，5、铰接接头，6、支臂，7、操纵连杆，8、角片，9、加强片，10、螺栓，11、前缘。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用
新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.实施例
24.如图1～4所示，一种轻型升降舵，包括主梁1、后缘2、多个直肋3和多个斜肋4，所述主梁1、后缘2、直肋3和斜肋4的材料均为碳纤维泡沫夹芯复合材料，所述直肋3和斜肋4的前端均与主梁1固定连接，所述直肋3和斜肋4的尾端均与后缘2固定连接，多个所述直肋3沿主梁1的长度方向依次间隔设置，所述斜肋4与直肋3间隔设置，所述主梁1、直肋3、斜肋4和后缘2整体形成升降舵骨架，且升降舵骨架整体呈流线型；所述主梁1上沿其长度方向设置有至少三组铰接接头5，本实施例的铰接接头5设置三组，位于所述主梁1中部的一个铰接接头5上连接有支臂6，所述支臂6上铰接有操纵连杆7。
25.为了提高该升降舵整体的连接强度，且确保连接结构简单便捷，在本实施例中，每两个所述斜肋4交叉设置，每两个所述斜肋4交叉处开设有卡槽并通过胶接固定；每相邻两个所述直肋3之间设置一组交叉设置的斜肋4；所述后缘2上也开设有卡槽，所述直肋3的尾端与对应的卡槽胶接固定；所述直肋3与主梁1之间设置有角片8，且所述角片8分别与主梁1和直肋3胶接固定；所述斜肋4与直肋3之间也设置有角片8，且所述角片8分别与斜肋4和直肋3的胶接固定；所述角片8为碳纤维层压板结构；所述铰接接头5的底座通过胶接与主梁1固定连接，且所述铰接接头5的底座还通过螺栓10与主梁1固定连接，所述主梁1上胶接有加强片9，所述铰接接头5的底座和加强片9位于主梁1的两侧，且所述加强片9与螺栓10的位置相对设置。
26.为了保证升降舵骨架的刚强度，同时保证其质量最轻，在本实施例中，所述主梁1、后缘2、直肋3和斜肋4上均开设有减重孔1-1，位于所述主梁1两端的直肋3为完整的密封面；所述主梁1、后缘2、直肋3和斜肋4均包括pmi泡沫夹芯层和包裹在pmi泡沫夹芯层外部的至少一层碳纤维铺层，通过受力大小和数值分析确定玻璃纤维铺层和碳纤维铺层的层数，本实施例的所述主梁1的碳纤维铺层设置两层，所述直肋3和斜肋4的碳纤维铺层均设置一层，所述后缘2的前部和后部的碳纤维铺层均设置两层，所述后缘2的中部的碳纤维铺层均设置一层，后缘2的减重孔开设在后缘2的中部。
27.为了确保该轻型升降舵的气动外形的稳定性，在本实施例中，所述主梁1的前端设置有前缘11，所述前缘11的前端呈弧形，所述前缘11的后端挖空做减重设置，所述前缘11的后端与主梁1的前端胶接固定，本实施例的所述前缘11的材料为玻璃纤维泡沫夹芯复合材料，具体的前缘11包括pmi泡沫夹芯层和包裹在pmi泡沫夹芯层外部的一层玻璃纤维铺层，相对碳纤维泡沫夹芯复合材料，具有更好的抗冲击性能，使前缘11可以抵抗外来物的冲击；所述升降舵骨架的上表面和下表面均包覆有蒙皮(图中未示意出)，或者仅所述升降舵骨架的下表面包覆有蒙皮，所述蒙皮为单层复合材料层压板或高强度超薄的聚碳酸酯薄膜，所述升降舵的上表面可以设置太阳能电池板(图中未示意出)，升降舵骨架维持蒙皮的外形，蒙皮维持飞机的外形，使之具有很好的空气动力特性。
28.该轻型升降舵的组装过程如下：
29.首先将三个铰接接头5依次粘接并通过螺栓10连接在主梁1上，其中中间的一个铰接接头5上固定有支臂6，再将直肋3的一端插入后缘2对应的卡槽中并胶接固定，再将直肋3的另一端通过角片8与主梁1胶接固定，多个直肋3沿主梁1的长度方向依次间隔设置，再将
两个斜肋4交叉卡接在对应的卡槽并胶接固定，再将交叉固定的斜肋4的两端通过角片8分别与主梁1和后缘2胶接固定，每相邻两个直肋3之间设置一组交叉固定的斜肋4，其中主梁1两端的直肋3无减重孔1-1为完整的密封面，再将前缘11胶接固定在主梁1的前端，再包覆蒙皮，再在该轻型升降舵的上表面安装电池片，再在支臂6上铰接操纵连杆7。
30.以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种轻型升降舵，其特征在于：包括主梁(1)、后缘(2)、多个直肋(3)和多个斜肋(4)，所述主梁(1)、后缘(2)、直肋(3)和斜肋(4)的材料均为碳纤维泡沫夹芯复合材料，所述直肋(3)和斜肋(4)的前端均与主梁(1)固定连接，所述直肋(3)和斜肋(4)的尾端均与后缘(2)固定连接，多个所述直肋(3)沿主梁(1)的长度方向依次间隔设置，所述斜肋(4)与直肋(3)间隔设置，所述主梁(1)、直肋(3)、斜肋(4)和后缘(2)整体形成升降舵骨架，且升降舵骨架整体呈流线型；所述主梁(1)上沿其长度方向设置有至少三组铰接接头(5)，位于所述主梁(1)中部的一个铰接接头(5)上连接有支臂(6)，所述支臂(6)上铰接有操纵连杆(7)。2.根据权利要求1所述的轻型升降舵，其特征在于：每两个所述斜肋(4)交叉设置，每两个所述斜肋(4)交叉处开设有卡槽并通过胶接固定；所述后缘(2)上也开设有卡槽，所述直肋(3)的尾端与对应的卡槽胶接固定。3.根据权利要求2所述的轻型升降舵，其特征在于：每相邻两个所述直肋(3)之间设置一组交叉设置的斜肋(4)。4.根据权利要求3所述的轻型升降舵，其特征在于：所述直肋(3)与主梁(1)之间设置有角片(8)，且所述角片(8)分别与主梁(1)和直肋(3)胶接固定；所述斜肋(4)与直肋(3)之间也设置有角片(8)，且所述角片(8)分别与斜肋(4)和直肋(3)的胶接固定；所述角片(8)为碳纤维层压板结构。5.根据权利要求1所述的轻型升降舵，其特征在于：所述主梁(1)、后缘(2)、直肋(3)和斜肋(4)上均开设有减重孔(1-1)，位于所述主梁(1)两端的直肋(3)为完整的密封面。6.根据权利要求1所述的轻型升降舵，其特征在于：所述铰接接头(5)的底座通过胶接与主梁(1)固定连接，且所述铰接接头(5)的底座还通过螺栓(10)与主梁(1)固定连接，所述主梁(1)上胶接有加强片(9)，所述铰接接头(5)的底座和加强片(9)位于主梁(1)的两侧，且所述加强片(9)与螺栓(10)的位置相对设置。7.根据权利要求1～6任一项所述的轻型升降舵，其特征在于：所述主梁(1)的前端设置有前缘(11)，所述前缘(11)的前端呈弧形，所述前缘(11)的后端挖空设置，所述前缘(11)的后端与主梁(1)的前端胶接固定。8.根据权利要求7所述的轻型升降舵，其特征在于：所述前缘(11)的材料为玻璃纤维泡沫夹芯复合材料。9.根据权利要求8所述的轻型升降舵，其特征在于：前缘(11)包括泡沫夹芯层和包裹在泡沫夹芯层外部的一层玻璃纤维铺层；所述主梁(1)、后缘(2)、直肋(3)和斜肋(4)均包括泡沫夹芯层和包裹在泡沫夹芯层外部的至少一层碳纤维铺层。10.根据权利要求1所述的轻型升降舵，其特征在于：所述升降舵骨架的上表面和下表面均包覆有蒙皮，或者仅所述升降舵骨架的下表面包覆有蒙皮，所述蒙皮为单层复合材料层压板或聚碳酸酯薄膜，所述升降舵的上表面可以设置太阳能电池板。

技术总结
本实用新型属于太阳能无人机技术领域，尤其涉及一种轻型升降舵，包括主梁、后缘、多个直肋和多个斜肋，所述主梁、后缘、直肋和斜肋的材料均为碳纤维泡沫夹芯复合材料，所述直肋和斜肋的前端均与主梁固定连接，所述直肋和斜肋的尾端均与后缘固定连接，多个所述直肋沿主梁的长度方向依次间隔设置，所述斜肋与直肋间隔设置，所述主梁、直肋、斜肋和后缘整体形成升降舵骨架，且升降舵骨架整体呈流线型；所述主梁上沿其长度方向设置有至少三组铰接接头，位于所述主梁中部的一个铰接接头上连接有支臂，所述支臂上铰接有操纵连杆。该轻型升降舵在保证结构强度和刚度的同时，整体质量轻，满足太阳能无人机轻量化的要求，且整体结构件数量少，装配便捷。配便捷。配便捷。


技术研发人员：王玉凯 李四杰 张佳卫 涂尚平 侯伟
受保护的技术使用者：常州启赋安泰复合材料科技有限公司
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/5/16