[發明專利]一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼及制備方法

在審

• 申請號: 202210462205.6
• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN114802744A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 吳江浩;盛世杰;白江波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02;B64F5/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的設計方案，其特征在于：它是一種由翼膜、翼脈、套筒和用于將翼固定在微型撲翼飛行器上的膠帶構成的翼，翼的翼膜由聚合物薄膜切割而成，套筒由內部的類似于彈簧的螺旋結構和粘貼在螺旋結構表面的部分翼膜構成，螺旋結構由預浸料帶在高溫環境下固化得到，翼脈由復合材料桿裁剪得到。

套筒的設計：一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的套筒由內部類似于彈簧的螺旋結構和粘貼在螺旋結構表面的部分翼膜構成。微型撲翼飛行器上用于安裝和支撐翼、帶動翼撲動運動的圓柱桿只需要在翼根處插入套筒的一小部分，用于實現安裝和帶動翼撲動運動的功能即可；由于螺旋結構自身具有彎曲剛度，沒有被圓柱桿插入的套筒的部分既能在翼的撲動過程中支撐翼在展向不發生明顯的彎曲變形，也能在翼在撲動過程中與障礙物碰撞時發生明顯的彈性變形吸收碰撞中的能量，防止翼被破壞，碰撞結束后套筒釋放吸收的能量使翼迅速地恢復原本的形狀，翼能繼續撲動產生升力。

2.一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：其制備步驟如下：

步驟一、根據微型撲翼飛行器的使用需求設計翼膜、套筒和翼脈的參數，需要設計的參數包括翼膜的面積和幾何形狀，套筒內部的螺旋結構的內徑、螺距、起始角度和截面形狀，翼脈的長度和截面形狀。

步驟二、根據翼膜的設計結果，在聚合物薄膜上標記出翼膜的外輪廓和翼脈的位置，并標記出翼膜與螺旋結構粘貼的預留區域，用裁剪工具將多余的聚合物薄膜裁去，得到翼膜；將預浸料沿著纖維方向裁剪成預浸料帶用于制備螺旋結構；裁剪復合材料桿用于制備翼脈。

步驟三、準備一根直徑與套筒的內徑相同、長度長于翼展的金屬圓柱桿，在金屬圓柱桿的表面上包裹一層脫模布，并在脫模布上按照設計參數粘貼預浸料帶構成螺旋結構，預浸料帶粘貼完成后將翼膜的預留區域粘貼在螺旋結構的表面；由于預浸料帶的表面本身具有粘性，因此可以不使用膠粘劑就能將其直接粘貼在脫模布上得到螺旋結構，同樣也能直接將翼膜的預留區域直接粘貼在螺旋結構的表面，顯著提升了翼在制備過程中的一致性。

步驟四、將步驟三中粘貼了脫模布、螺旋結構和翼膜的金屬圓柱桿置于真空袋中，使用真空泵抽出真空袋中的空氣；將真空袋置于烘箱中，設置烘箱的加熱溫度并通電加熱，在加熱過程中需要使用真空泵不斷抽吸真空袋中的空氣；達到加熱時間后關閉真空泵并停止加熱，待烘箱內部自然冷卻至室溫后，將粘貼了脫模布、預浸料帶和翼膜的金屬圓柱桿從真空袋中取出，抽出金屬圓柱桿，并取下脫模布，用于制備螺旋結構的預浸料帶在真空高溫的環境下固化成為復合材料，套筒的制備工作完成。

步驟五、在步驟一中得到的復合材料桿上涂抹膠粘劑并粘貼至翼膜上的標記區域，得到翼的翼脈；在翼脈的根部粘貼膠帶，用于將翼固定在微型撲翼飛行器上，翼的制備完成。

3.根據權力要求2所述的一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：步驟一中所述的“聚合物薄膜”為聚酰亞胺薄膜、聚酯纖維薄膜、聚四氟乙烯薄膜、聚醚醚酮薄膜、聚苯硫醚薄膜、聚苯并咪唑薄膜。

4.根據權力要求2所述的一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：步驟二中所述的“預浸料”，其中復合材料的基體為環氧樹脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚異戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇；復合材料的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、植物纖維或以上纖維織物或以上纖維的短切纖維。

5.根據權力要求2所述的一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：步驟二中所述的“復合材料桿”，中復合材料的基體為環氧樹脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚異戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇；復合材料的增強纖維為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維。

6.根據權力要求2所述的一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：步驟三中所述的“金屬圓柱桿”的材料為不銹鋼、鋁合金、黃銅。

7.根據權力要求2所述的一種基于復合材料螺旋結構的微型撲翼飛行器仿生翼的制備方法，其特征在于：步驟三中所述的“脫模布”為由玻璃纖維編織的，表面涂覆聚四氟乙烯的織物。