本發(fā)明涉及材料科學(xué)與工程，具體為一種碳纖維在無人機(jī)機(jī)翼的應(yīng)用及制造方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維材料憑借其卓越的性能，在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。無人機(jī)機(jī)翼作為決定飛行性能的關(guān)鍵部件，對材料特性有著嚴(yán)苛的要求。碳纖維復(fù)合材料因具備高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕和抗疲勞等顯著優(yōu)勢，成為制造無人機(jī)機(jī)翼的理想之選。

2、然而，在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多不足。首先，模具的精度和表面光潔度不足，影響機(jī)翼的成型質(zhì)量。材料配比若不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼性能的不穩(wěn)定。碳纖維預(yù)浸料鋪設(shè)不均勻，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)翼的力學(xué)性能。在混合樹脂的過程中，攪拌不充分會(huì)使浸潤效果欠佳。排除氣泡的方法效果不佳，容易導(dǎo)致機(jī)翼內(nèi)部存在缺陷。固化時(shí)溫度控制不當(dāng)，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)降低機(jī)翼質(zhì)量。脫模操作若不恰當(dāng)，還會(huì)損傷機(jī)翼表面，進(jìn)而影響其性能和使用壽命。這些問題嚴(yán)重制約了碳纖維復(fù)合材料在無人機(jī)機(jī)翼制造中的充分發(fā)揮其優(yōu)勢，亟待針對性的改進(jìn)和優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維在無人機(jī)機(jī)翼的應(yīng)用及制造方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種碳纖維在無人機(jī)機(jī)翼的應(yīng)用及制造方法，所述無人機(jī)機(jī)翼采用碳纖維復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料包括碳纖維預(yù)浸料、碳粉末、液態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑和表面活性劑，其中碳粉末與碳纖維預(yù)浸料的質(zhì)量比為1:65，液態(tài)環(huán)氧樹脂與固化劑的質(zhì)量之和與碳纖維預(yù)浸料的質(zhì)量比為1:16，表面活性劑的質(zhì)量為碳纖維預(yù)浸料、碳粉末、液態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑質(zhì)量之和的3.5％。

3、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述無人機(jī)機(jī)翼的制造方法包括以下詳盡步驟：

4、首先，精心準(zhǔn)備模具，模具需具備高精度和良好的表面光潔度。選用不銹鋼材質(zhì)模具，其尺寸和形狀嚴(yán)格依照無人機(jī)機(jī)翼的設(shè)計(jì)要求定制。在模具表面均勻涂抹脫模劑，所采用的脫模劑為聚四氟乙烯脫模劑，涂抹厚度控制在0.08-0.12mm之間，確保脫模劑全面、均勻覆蓋模具表面，不留任何遺漏和堆積之處。

5、接著，按照預(yù)定的精準(zhǔn)比例稱取碳纖維預(yù)浸料、碳粉末、液態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑和表面活性劑。碳纖維預(yù)浸料選用t700級，其纖維束規(guī)格為12k。稱取過程中使用高精度電子秤，誤差控制在±0.1g以內(nèi)。

6、然后，將碳纖維預(yù)浸料小心翼翼地鋪設(shè)在模具中。鋪設(shè)時(shí)，確保預(yù)浸料的纖維方向根據(jù)機(jī)翼的受力情況進(jìn)行科學(xué)排布。在機(jī)翼的主要承載區(qū)域，纖維方向與機(jī)翼軸線呈45°夾角；在次要承載區(qū)域，纖維方向與機(jī)翼軸線呈-45°夾角。同時(shí)，保證預(yù)浸料均勻分布，無任何褶皺、重疊或空隙存在。

7、隨后，采用噴霧的方式，將碳粉末均勻施加在碳纖維預(yù)浸料上?？刂茋婌F壓力在0.3-0.5mpa之間，噴霧距離保持在20-30cm，確保碳粉末能夠均勻附著在預(yù)浸料表面，形成均勻的涂層。

8、緊接著，將液態(tài)環(huán)氧樹脂與固化劑充分混合均勻。攪拌速度設(shè)定為300-500轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時(shí)間為10-15分鐘，然后緩慢倒入模具中。倒入過程中，流速控制在50-80ml/min，使其充分浸潤碳纖維預(yù)浸料和碳粉末。

9、在倒入環(huán)氧樹脂與固化劑的混合物過程中，利用真空設(shè)備排除氣泡。真空設(shè)備的真空度保持在1000pa以上，抽真空時(shí)間持續(xù)30-45分鐘，以確保機(jī)翼的表面均勻性和平整度，避免出現(xiàn)氣孔和缺陷。

10、之后，加入表面活性劑，表面活性劑選用硅烷偶聯(lián)劑，加入量為碳纖維預(yù)浸料、碳粉末、液態(tài)環(huán)氧樹脂、固化劑質(zhì)量之和的3.5％，以提高各成分之間的相容性和穩(wěn)定性。攪拌時(shí)間為5-10分鐘，攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/分鐘。

11、最后，將模具放入溫度為85±3℃的環(huán)境中進(jìn)行固化。固化時(shí)間為6小時(shí)，固化過程中，采用分段升溫的方式。先以65℃升溫并保持2.5小時(shí)，然后再以85℃升溫并保持3.5小時(shí)，以減少固化過程中的內(nèi)應(yīng)力。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：在倒入環(huán)氧樹脂與固化劑的混合物后，使用振動(dòng)設(shè)備對模具進(jìn)行輕微振動(dòng)。振動(dòng)設(shè)備采用高頻振動(dòng)臺，振動(dòng)頻率為60hz，振幅為0.8mm，振動(dòng)時(shí)間為15-20分鐘。通過振動(dòng)，進(jìn)一步促使混合物充分填充模具的各個(gè)角落，排除微小氣泡，從而提高機(jī)翼的致密性和均勻性，減少內(nèi)部缺陷，確保機(jī)翼在使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述脫模劑為聚四氟乙烯脫模劑，其涂抹厚度為0.1mm。脫模劑的涂抹需采用專用的噴槍進(jìn)行，噴槍的壓力控制在0.2-0.3mpa，噴射角度為45°，以確保脫模劑均勻、細(xì)致地覆蓋模具表面，形成一層薄而均勻的隔離層，方便后續(xù)的脫模操作，同時(shí)避免脫模劑過厚或過薄影響機(jī)翼的成型質(zhì)量和脫模效果。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述真空設(shè)備的真空度保持在1200pa以上。真空設(shè)備配備高精度真空傳感器和智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和調(diào)節(jié)真空度，確保在整個(gè)氣泡排除過程中真空度的穩(wěn)定。同時(shí)，設(shè)備具備快速抽氣和維持真空的能力，有效縮短抽真空時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：所述碳纖維預(yù)浸料的纖維方向根據(jù)機(jī)翼的受力情況進(jìn)行鋪設(shè)。在機(jī)翼前緣，纖維方向與機(jī)翼軸線夾角為45°，以承受氣流沖擊產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力；在機(jī)翼后緣，纖維方向與機(jī)翼軸線夾角為-45°，增強(qiáng)抗剪切能力；在機(jī)翼中部，纖維方向與機(jī)翼軸線平行，提高整體的抗彎性能。通過這種精心設(shè)計(jì)的纖維排布方式，能夠顯著提高機(jī)翼的力學(xué)性能，滿足無人機(jī)在各種飛行條件下的強(qiáng)度和剛度要求。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案：在模具中還設(shè)置有加強(qiáng)筋或夾心結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋采用鋁合金材質(zhì)，厚度為2.5mm，寬度為10mm，間距為8cm。加強(qiáng)筋通過焊接或鑲嵌的方式固定在模具內(nèi)部，與模具表面緊密貼合，形成有效的支撐體系。夾心結(jié)構(gòu)采用泡沫鋁材料，厚度為5mm，其具有輕質(zhì)、高吸能的特點(diǎn)，能夠在不顯著增加機(jī)翼重量的前提下，有效增強(qiáng)機(jī)翼的抗沖擊和抗振動(dòng)性能，提高機(jī)翼的整體穩(wěn)定性和安全性。

17、采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

18、機(jī)翼重量的顯著減輕意義非凡，這不僅大幅提高了無人機(jī)的飛行效率和續(xù)航能力，使其在搭載相同負(fù)載時(shí)能飛行更長時(shí)間，從而極大地?cái)U(kuò)大了作業(yè)范圍，不管是偏遠(yuǎn)地區(qū)的物資運(yùn)輸，還是大范圍的農(nóng)田植保作業(yè)，都能更高效完成。精心設(shè)計(jì)的材料比例和先進(jìn)的制造工藝，讓機(jī)翼的力學(xué)性能極大增強(qiáng)，能出色承受氣流沖擊、復(fù)雜多變的剪切力以及彎曲力等各種載荷，有力保障飛行的穩(wěn)定與安全，即便在極端復(fù)雜氣象條件下或執(zhí)行極具挑戰(zhàn)性的高難度任務(wù)，機(jī)翼也能保持卓越性能。對碳纖維預(yù)浸料纖維方向的精確控制與排布，充分考慮機(jī)翼不同部位受力情況并優(yōu)化，大大提高了無人機(jī)的操控性和適應(yīng)性，使其能在廣泛復(fù)雜場景中靈活應(yīng)用，不管是高速飛行還是頻繁變換姿態(tài)作業(yè)，機(jī)翼都能提供穩(wěn)定可靠性能支持。制造過程中，運(yùn)用真空設(shè)備排除氣泡、采用振動(dòng)設(shè)備促進(jìn)混合物填充等精細(xì)操作，顯著提高機(jī)翼的致密性和表面質(zhì)量，大幅減少內(nèi)部缺陷，不僅延長機(jī)翼使用壽命、降低維護(hù)成本，還因減少風(fēng)阻提升飛行性能，長期使用能降低能源消耗、提高飛行效率。此外，模具中巧妙設(shè)置的加強(qiáng)筋和夾心結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)機(jī)翼的抗沖擊和抗振動(dòng)性能，無人機(jī)遭遇意外碰撞或面臨不穩(wěn)定氣流沖擊時(shí)，能顯著減少機(jī)翼損傷程度，保障飛行安全。這種高質(zhì)量、高性能的制造方法，為無人機(jī)在農(nóng)業(yè)植保、物流配送、環(huán)境監(jiān)測、航拍等眾多領(lǐng)域的廣泛深入應(yīng)用提供強(qiáng)大技術(shù)支持，不僅提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營成本，還為相關(guān)行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展注入新活力，創(chuàng)造更顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值，不管是促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程，還是提升物流行業(yè)配送效率，亦或是為環(huán)境監(jiān)測和影視拍攝等領(lǐng)域提供更優(yōu)質(zhì)服務(wù)，都發(fā)揮不可替代的重要作用。

19、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。