一種太陽能飛機的蒙皮結構及其製備工藝的製作方法

2023-10-26 14:11:27 2

本發明涉及一種蒙皮結構及其製備工藝，尤其是涉及一種太陽能飛機的蒙皮結構及其製備工藝。

背景技術：

以太陽能作為未來飛行器的輔助能源乃至主要能源，是人類發展具有方向性和前沿性的重要研究目標。太陽能飛機是在上世紀70年代隨著太陽能電池成本的降低而出現，由於太陽能飛機飛行不需要自帶燃料，為長航時飛行創造了條件。因此，不少發達國家均致力於基於太陽能的高空長航時無人機的研發。

太陽能飛機的機翼等部件通常都會採用蒙皮，飛機蒙皮的作用是維持飛機外形，使之具有很好的空氣動力特性。

常用的蒙皮製作工藝通常都是採用將相應的材料放入由上模具和下模具組成的模具組件中間，然後壓合而成。而太陽能飛機上的蒙皮因為通常與太陽能電池結合在一起，若與蒙皮材料一起壓合的話，特別容易造成太陽能電池的損壞。此外，現有的飛機的蒙皮通常都是採用合金材料製成，其質量較大，特別不適合於太陽能飛機的輕量化設計。

中國專利zl201310066809.x公開了一種機翼蒙皮，包括夾層結構，其使用金屬、纖維和陶瓷層狀複合材料製成，具有至少一個金屬層/纖維層/陶瓷層構成的夾層結構，其特徵在於金屬層採用鋁、鎂、鈦或者相應的合金材料，纖維層採用玻璃纖維、kevlar纖維、碳纖維、氮化矽、碳化矽或者二氧化鋯纖維，所述陶瓷層包括氧化鋯、氧化鎂和氧化鈰。該專利製備的機翼蒙皮雖然硬度高、韌性好，但是其質量仍然無法滿足太陽能飛機的輕量化設計要求。

技術實現要素：

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種太陽能飛機 的蒙皮結構及其製備工藝。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種太陽能飛機的蒙皮結構，包括太陽能電池板和壓合在太陽能電池板背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板的背面的第一纖維布、泡沫和第二纖維布，所述的泡沫上帶有閉孔。

所述的第一纖維布和第二纖維布均為玻璃纖維布或碳纖維布，第一纖維布和第二纖維布的厚度均為0.1～0.3mm。

所述的泡沫為pvc泡沫或者pmi泡沫，其厚度為1～4mm。

所述的閉孔的孔徑不大於250μm，其在泡沫上的分布密度為1～2個/cm2。閉孔結構的設置便於環氧樹脂浸潤填充閉孔，相當於間接增大了第一纖維布、第二纖維布與泡沫的接觸面積，而且當環氧樹脂固化後，其在泡沫內還能能夠充當一部分支撐骨架支柱的作用，有利於實現蒙皮材料的約束固化成型，同時還能使得第一纖維布、第二纖維布和泡沫三者形成一個承力整體，進而大大提高蒙皮結構的強度與耐衝擊性能。

所述的太陽能電池板的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結構，所述的第一纖維布面向太陽能電池板的一面上帶有凸出的纖維毛狀結構。凹凸面結構與纖維毛狀結構的配合可以有效的增加第一纖維布與太陽能電池板的接觸面積，從而提高太陽能電池板與第一纖維布的粘接固定效果。

太陽能飛機的蒙皮結構的製備工藝，包括以下步驟：

(1)將太陽能電池板的正面朝下鋪貼在模具表面，形成與模具表面相同的折彎曲率；

(2)將第一纖維布鋪貼到太陽能電池板的背面，再將泡沫鋪貼在第一纖維布上，使其與模具表面形成相同的折彎曲率，並在泡沫上鋪貼上第二纖維布；

(3)抽真空使太陽能電池板與蒙皮材料壓合在模具上，固化後脫模，即得到蒙皮結構；

上述第一纖維布和第二纖維布在鋪貼前，先用環氧樹脂滾壓預浸漬。

步驟(1)中太陽能電池板鋪貼在模具表面之前，先用砂布打磨太陽能電池板背面。

上述步驟中的處理工藝條件均為：溫度18～22℃，相對溼度為40～60％。

本發明在製備蒙皮結構時，首先通過依次將太陽能電池板和三層蒙皮材料鋪貼 在模具表面，最後抽真空壓合成型。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

(1)太陽能電池板不易損壞、工藝操作簡單：本發明的通過依次將太陽能電池板和三層蒙皮材料鋪貼在模具表面，最後抽真空壓合成型，整個操作過程操作簡單，同時成型過程中對太陽能電池板的壓力低且分布均勻，基本不會發生太陽能電池板損壞的情況。此外，選用的粘接材料環氧樹脂的固化溫度低，使得整個對整個工藝條件的要求很低。

(2)強度高、耐衝擊性能好：本發明通過環氧樹脂將兩層纖維布與泡沫鋪貼在太陽能電池板背面並形成三明治夾心結構，此外，泡沫內帶有上下貫通的閉孔，閉孔結構的設置便於環氧樹脂浸潤填充閉孔，相當於間接增大了第一纖維布、第二纖維布與泡沫的接觸面積，而且當環氧樹脂固化後，其在泡沫內還能能夠充當一部分支撐骨架支柱的作用，有利於實現蒙皮材料的約束固化成型，同時還能使得第一纖維布、第二纖維布和泡沫三者形成一個承力整體，進而大大提高蒙皮結構的強度與耐衝擊性能。

(3)成本低廉、結構輕：本發明所選用的纖維布、泡沫和粘接用的樹脂等的來源廣泛，價格較低，重量較低，特別適合於在太陽能飛機上的應用。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖中，1-模具，2-太陽能電池板，3-第一纖維布，4-泡沫，5-第二纖維布，6-纖維毛狀結構。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1

一種太陽能飛機的蒙皮結構，其結構如圖1所示，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結構，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結構6，第一纖維布3和第二纖維布5均為玻璃纖維 布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.1mm，泡沫4為pmi泡沫，其厚度為2mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為1個/cm2。

上述蒙皮結構通過以下步驟製成：

先預處理清洗乾淨模具1後，根據生產要求進行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然後將太陽能電池板2鋪貼並固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然後用環氧樹脂預浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，並進行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成「纖維布-泡沫4-纖維布」的三明治夾心結構，最後利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環氧樹脂固化後，脫模即可得到蒙皮結構。上述製備過程中溫度為20℃，相對溼度為50％。

上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環氧樹脂中滾壓浸漬15min左右。

實施例2

一種太陽能飛機的蒙皮結構，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結構，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結構6，第一纖維布3和第二纖維布5均為碳纖維布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.3mm，泡沫4為pvc泡沫，其厚度為4mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為2個/cm2。

上述蒙皮結構通過以下步驟製成：

先預處理清洗乾淨模具1後，根據生產要求進行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然後將太陽能電池板2鋪貼並固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然後用環氧樹脂預浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，並進行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成「纖維布-泡沫4-纖維布」的三明治夾心結構，最後利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環氧樹脂 固化後，脫模即可得到蒙皮結構。上述製備過程中溫度為22℃，相對溼度為60％。

上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環氧樹脂滾壓預浸漬10min左右。

實施例3

一種太陽能飛機的蒙皮結構，包括太陽能電池板2和壓合在太陽能電池板2背面的蒙皮材料，該蒙皮材料包括通過環氧樹脂從下到上依次壓合在太陽能電池板2的背面的第一纖維布3、泡沫4和第二纖維布5，太陽能電池板2的背面帶有由砂布打磨形成的凹凸面結構，第一纖維布3面向太陽能電池板2的一面上帶有凸出的纖維毛狀結構6，第一纖維布3和第二纖維布5均為玻璃纖維布，其中，第一纖維布3和第二纖維布5的厚度均為0.2mm，泡沫4為pmi泡沫，其厚度為1mm，泡沫4上具有孔徑不超過250μm的閉孔，閉孔在泡沫4上的分布密度約為1個/cm2。

上述蒙皮結構通過以下步驟製成：

先預處理清洗乾淨模具1後，根據生產要求進行畫線定位，確定好太陽能電池板2的鋪貼的位置，然後將太陽能電池板2鋪貼並固定在模具1表面，形成和模具1表面一樣的折彎曲率。然後用環氧樹脂預浸好的第一纖維布3鋪貼到太陽能電池板2的背面，再將泡沫4鋪貼在第一纖維布3上，並進行滾壓，使之鋪貼完好，形成與模具1表面一樣的折彎曲率，繼續在泡沫4的表面鋪貼一層第二纖維布5，這樣便在太陽能電池板2背面形成「纖維布-泡沫4-纖維布」的三明治夾心結構，最後利用真空袋抽真空將太陽能電池板2、蒙皮材料與模具1壓到一起，等環氧樹脂固化後，脫模即可得到蒙皮結構。上述製備過程中溫度為18℃，相對溼度為60％。

上述第一纖維布3與第二纖維布5在鋪貼前，均已用環氧樹脂滾壓預浸漬20min左右。

上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。