一种基于PLA的3D打印无人机机翼结构及无人机

本发明属于无人机，具体涉及一种基于pla的3d打印无人机机翼结构及无人机。

背景技术：

1、3d打印技术出现在20世纪90年代中期，其原理是以数字切片模型为基础，将打印材料层层叠加起，从而实现实体建造。打印材料的形式有多种如粉末、液体或线材等。与传统制造工艺相比，3d打印具备可定制、成本低、周期短等优势，给无人机生产制造提供了新的解决思路。

2、聚乳酸(pla)是一种常见的3d打印材料。相对其它打印材料而言，pla成型容易且成本低，广泛应用于无人机的制作。然而，pla的比强度和比刚度差，随着飞机尺寸、最大起飞重量的变大，如翼展超过2m，起飞总重大于5kg，pla则难以满足飞机结构强度和刚度的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术所存在的机翼翼展过长、起飞重量过重时，采用pla进行3d打印制作难以满足飞机结构强度和刚度要求的不足之处，而提供了一种基于pla的3d打印无人机机翼结构及无人机，通过设计具有特定间隙的翼盒结构，解决了因pla材料比刚度和比强度差难以作为3d打印无人机承力结构材料的问题，实现了中小型无人机打印制作，降低了制作成本和制作周期。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、一种基于pla的3d打印无人机机翼结构，其特殊之处在于，包括多个通过pla材料利用3d打印方式得到的独立翼盒以及碳纤维管；所述翼盒包括多个纵墙、两个肋板以及覆盖在纵墙和肋板上的蒙皮，所述纵墙沿机翼展向设置，所述肋板沿机翼弦向设置；

4、所述碳纤维管沿机翼展向依次穿过所述翼盒，拼接形成所述机翼结构；

5、相邻翼盒之间存在间隙，所述间隙根据以下方法设计确定：

6、步骤1，建立所述机翼结构三维仿真模型；所述模型为不考虑相邻翼盒之间间隙的连续模型；模型中各构件材料属性根据拟设计的基于pla的3d打印无人机机翼结构中各构件材料确定；

7、步骤2，在设定的最大过载工况下对所述模型进行静气动弹性分析，获得所述模型中碳纤维管沿升力方向的变形量，以及翼盒端面到机翼根部的展向距离；

8、步骤3，根据步骤2得到的碳纤维管沿升力方向的变形量，得到翼盒相邻位置处碳纤维管沿升力方向的变形量d，并根据公式计算获得该位置处，相邻翼盒的展向间隙x；

9、其中，h为碳纤维管到翼盒顶部蒙皮的距离；碳纤维管沿升力方向的变形量d指该位置处，变形后的碳纤维管与变形前的碳纤维管沿升力方向的最小距离；l为该位置处，翼盒端面到机翼根部的最小展向距离。

10、进一步的，所述蒙皮与所述纵墙为采用pla材料通过3d打印而成的一体结构。

11、进一步的，所述肋板采用3d打印制作后，与所述蒙皮和纵墙粘接组成包含单个翼盒的机翼结构。

12、进一步的，所述肋板与所述蒙皮和纵墙采用环氧树脂粘接而成。

13、一种无人机，包括上述所述机翼结构。

14、本发明的优点是：

15、本发明设计多个独立翼盒构成的机翼结构，并根据机翼在极限工况下机翼变形量特别设计相邻翼盒之间的间隙，一方面能够确保机翼的气动性能，另一方面解耦了机翼蒙皮弯矩，只有碳纤维管承弯，避免了翼盒承载弯矩，从而无需再考虑因pla的比强度和比刚度差而导致翼盒承载能力差的问题，确保了机翼结构的强度。

16、本发明结构实现通过pla材料3d打印制作无人机机翼结构，降低了中小型无人机结构的制作成本和制作周期，提高了原型机首飞进程和飞机产品的迭代速度。

17、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于pla的3d打印无人机机翼结构，其特征在于，包括多个通过pla材料利用3d打印方式得到的独立翼盒以及碳纤维管；

2.根据权利要求1所述机翼结构，其特征在于，所述蒙皮与所述纵墙为采用pla材料通过3d打印而成的一体结构。

3.根据权利要求2所述机翼结构，其特征在于，所述肋板采用3d打印制作后，与所述蒙皮和纵墙粘接组成包含单个翼盒的机翼结构。

4.根据权利要求3所述机翼结构，其特征在于，所述肋板与所述蒙皮和纵墙采用环氧树脂粘接而成。

5.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述机翼结构。

技术总结本发明提供了一种基于PLA的3D打印无人机机翼结构及无人机，包括多个独立翼盒、以及碳纤维管，翼盒包括多个纵墙、两个肋板以及覆盖在纵墙和肋板上的蒙皮，碳纤维管沿机翼展向依次穿过翼盒，拼接成所述机翼结构。蒙皮与纵墙采用3D打印一体而成，肋板采用3D打印制作后，与肋板、蒙皮和纵墙粘接组成机翼结构。为减少机翼蒙皮对弯矩的承载，相邻翼盒之间设有间隙，本发明中通过建立机翼结构模型，分析获得各翼盒蒙皮的变形量及碳纤维管的变形位移，根据机翼变形结果设计相邻翼盒间隙。该设计结构在不影响机翼气动性能的前提下，减少了机翼蒙皮对弯矩的承载，确保了机翼结构的强度。技术研发人员：李毅,张怡哲受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8