十公斤级民用复合材料固定翼无人机结构设计与强度分析
民用航空器结构强度分析与优化设计
民用航空器结构强度分析与优化设计随着国家经济的快速发展，民用航空事业也蓬勃发展。
航空器结构强度分析与优化设计成为民用航空事业中的一门重要技术。
本文将探讨民用航空器结构强度分析与优化设计的相关知识。
一、航空器结构强度分析航空器结构强度是指航空器的各个部件能够承受外部载荷而不产生破坏或变形的能力。
航空器结构强度分析主要包括两方面的内容，一是载荷分析，二是应力分析。
载荷分析是指对各种外部载荷进行分析，其中包括机身重量、风压、气动力、温度应力等。
这些载荷将会作用于飞机的各个部件上，产生影响。
在进行载荷分析时，需要对各种载荷进行合理的模型建立，并结合飞机的系统参数等进行综合分析。
应力分析是指对航空器各部件在载荷作用下的应力进行分析。
应力分析的内容主要包括弯曲应力、剪切应力和压缩应力等。
在进行应力分析时，需要考虑材料的强度、刚度等特性，对结构进行分析计算，从而得出合理的仿真结果。
二、航空器结构强度优化设计航空器结构强度优化设计是在航空器设计的过程中，以航空器结构强度为中心，通过各种手段实现航空器结构强度的最优化。
结构强度优化设计可分为以下三个方面。
一是结构形状优化设计。
在进行结构形状优化设计时，需要考虑到结构的强度、刚度等特性，通过优化结构的形状和材料，使其最优化。
二是结构材料优化设计。
结构材料优化设计是指在保证结构强度的基础上，通过优选材料等方式，实现结构的轻量化和高强度。
三是结构布局优化设计。
结构布局优化设计是指通过调整结构的布局，优化结构的刚度和强度等特性，从而提高结构的性能。
三、结论航空器结构强度分析与优化设计是保证航空器安全的重要技术。
在进行航空器结构强度分析时需要对各种载荷进行分析，结合材料的强度、刚度等特性和结构进行计算分析，从而得出合理的仿真结果。
在进行航空器结构强度优化设计时，需要考虑到结构的强度、材料和布局等因素，通过优化的方式实现结构强度的最优化。
全复合材料无人机机翼结构优化设计的开题报告
全复合材料无人机机翼结构优化设计的开题报告一、选题背景及意义随着航空技术的不断发展，无人机的应用也越来越广泛，其使用于国防、民用、科研等领域。
然而，随着使用环境的不同，对于无人机的要求也逐渐提高。
机翼作为无人机的重要组成部分之一，其结构设计对整个无人机的性能和稳定性起到至关重要的作用。
为了提高无人机的飞行性能，实现长时间的高空作业，设计一种轻量化、高强度、抗疲劳、耐腐蚀的机翼材料是至关重要的，全复合材料无人机机翼结构可以满足这些要求。
因此，本文将研究全复合材料无人机机翼结构的优化设计。
二、研究内容本论文将研究全复合材料无人机机翼的结构优化设计，主要包括以下内容：1、调研全复合材料无人机机翼的技术现状和发展趋势；2、学习常用的优化设计方法和软件，选择适合的优化工具，建立机翼结构模型；3、优化设计，以降低整体重量、提高强度和稳定性为优化目标，选用NSGA-II等多目标优化算法进行设计优化；4、分析优化结果，得出全复合材料无人机机翼结构的最优或最优近似解。
三、研究方法和技术路线本研究将采用以下方法和技术路线：首先，对全复合材料无人机机翼的结构进行调研，了解国内外的技术动态和发展趋势；其次，在掌握机翼结构设计知识的基础之上，学习常用的优化设计方法和软件，选用合适的工具，建立机翼结构模型；然后，利用NSGA-II等多目标优化算法进行方案优化设计，在满足降低重量、提高强度和稳定性等多方面要求的前提下，得出最优或最优近似解；最后，对优化结果进行分析，发现问题或提出建议。
四、预期成果本研究的预期成果包括以下几个方面：1、在全复合材料无人机机翼设计领域取得重要进展；2、全面调研全复合材料无人机机翼的技术现状和发展趋势；3、研究并选择合适的优化工具和算法，建立机翼结构模型；4、提出优化设计方案和策略，并得到最优或最优近似解；5、对优化结果进行分析，为后续研究工作提供可靠的基础数据和宝贵的经验借鉴。
五、进度安排本研究的进度安排如下：第一阶段（2周）：调研全复合材料无人机机翼的技术现状和发展趋势；第二阶段（4周）：学习常用的优化设计方法和软件，选择适合的优化工具，建立机翼结构模型；第三阶段（6周）：优化设计，选用NSGA-II算法进行设计优化；第四阶段（2周）：分析优化结果，得出全复合材料无人机机翼结构的最优或最优近似解；第五阶段（2周）：完成论文基本结构和细节编写；第六阶段（4周）：检查修改论文，并提交答辩。
重载四旋翼无人机结构优化设计与强度计算
重载四旋翼无人机结构优化设计与强度计算刘峰;喻辉;高鸿渐;代海亮;马佳【摘要】多旋翼无人机结构设计是无人机研制的重要环节,结构优化设计方法是保证无人机安全飞行、提高无人机性能的关键.根据重载四旋翼无人机性能要求,设计一款最大有效载荷10 kg、可折叠、质量轻、强度高的四旋翼无人机.建立无人机结构有限元模型,基于实际工况对机臂及中心板进行静力及屈曲分析;对机臂及中心板的铺层方案进行优化,校核结构强度、刚度和稳定性;并搭建无人机静力测试平台,完成重载四旋翼无人机结构静力加载试验.结果表明:相对结构初始铺层方案,机臂减重43％,中心板减重35％,全机结构累计减重560 g;试验测点的应变值与分析值相对误差小于15％,验证了无人机有限元模型和优化设计方案的可靠性.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2018(009)001【总页数】8页(P99-106)【关键词】四旋翼;无人机;结构设计;复合材料;优化【作者】刘峰;喻辉;高鸿渐;代海亮;马佳【作者单位】中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉 618307;中国民用航空局第二研究所通用航空研究所,成都 610041;中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉 618307;中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉 618307;中国民用航空飞行学院航空工程学院,广汉 618307【正文语种】中文【中图分类】TB1210 引言现代化工、桥梁及电力建设等领域会涉及特殊环境作业问题，由于地理环境恶劣、工作环境危险，此类作业通常比较棘手[1-3]。
四旋翼无人机的出现能够有效解决此类问题。
但普通四旋翼无人机有效载荷低、续航时间短，无法满足作业需求。
重载四旋翼无人机可为特殊环境作业提供全新平台，四旋翼无人机方便携带作业设备，长航时可有效提高作业效率。
另外，在农业植保、地质勘测、快递运送、抢险救灾、刑事侦查及反恐等领域，重载四旋翼无人机均具有重要的应用价值[4-8]。
某型无人机复合材料机翼大梁准等强度设计与有限元分析
Ｑｕ ａ ｓ ｉ －Ｅ ｑ ｕ ａ ｌ Ｓｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
ｆ ｏ ｒ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｗｉ ｎ ｇ Ｂ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ Ｘ ＵＡＶ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｎ ａ ｕ ａ ｌ ｎ ｏ ２ ｉ ｎ ｅ ｄ ａ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｉ － ｂ ｅ ａ ｍ ｓ ｉ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ
优化设计 。 同时完成大梁的强度、 刚度 与稳定性校核 ； 大梁结构减重可达 ２ ９ ％； 铺层设计 时必须考虑受压缘条和受剪切腹 板 的稳定性 问题 ， 否则大梁根部高应力 区会 出现局部屈 曲。
关键词 ： 无 人机 ； 复合 材 料 ； 机翼； 工宇 梁 ； 优 化 设计 ； 有 限元 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｖ ２ １ ５ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ６ — ０ ０ ５ ９ — ０ ４
第 ６期 ２ ０ １ ５年 ６月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ５ ９
某型无人机 复合 材料机翼 大梁准等 强度 设计 与有 限元分析
刘 峰， 马 佳， 张 春， 喻 辉
６ １ ８ ３ ０ ７ ） （ 中国民用航空飞行学院 航空工程学 院， 四川 广汉
飞行器机身结构的强度与刚度优化设计
飞行器机身结构的强度与刚度优化设计随着航空工业的发展和飞行器运输需求的增加，飞行器机身结构的强度与刚度优化设计变得尤为重要。
合理的结构设计可以提高飞行器的性能表现、降低重量和减少能量消耗。
本文将探讨飞行器机身结构的强度与刚度优化设计的关键因素，并提出一种有效的设计方法。
1. 强度与刚度的意义飞行器机身的强度与刚度是指机身在受到外力作用时的抗变形和抗损坏能力。
强度和刚度的提高可以增加飞行器整体的稳定性和安全性，以应对复杂的外部环境和各种飞行状态。
2. 关键因素（1）材料选择：优化设计的第一步是选择合适的材料。
常见的飞行器机身材料包括铝合金、碳纤维复合材料等。
不同材料的优缺点需考虑，包括强度、密度、可塑性等。
通过综合考虑这些因素，可以选择最适合的材料。
（2）结构形式：飞行器机身的结构形式对强度与刚度优化设计有着重要影响。
常见的结构形式包括蜂窝结构、复合壳体结构等。
选取合适的结构形式，既要考虑强度与刚度的需求，又要兼顾重量和制造成本。
（3）优化设计方法：强度与刚度优化设计中的核心是合理地分配材料和结构。
借助计算机辅助设计软件和数值分析方法，可以对现有结构进行优化，以实现最佳设计方案。
常用的方法包括有限元分析、参数化设计等。
3. 设计方法（1）有限元分析：有限元分析是一种常用的数值分析方法，可以模拟复杂结构的力学行为。
通过建立机身的有限元模型，可以进行强度和刚度的计算和分析，找到结构中的薄弱部位。
（2）参数化设计：参数化设计是指在设计过程中将设计变量参数化，通过调整参数值来改变设计方案。
通过建立参数化模型，可以遍历不同的参数组合，找到最优的设计方案。
这种方法可以节省时间和资源，并且适用于大规模设计问题。
4. 案例研究以某型客机机身的强度与刚度优化设计为例，通过有限元分析和参数化设计方法，得到了一种优化的设计方案。
结果表明，通过合理的材料选择和结构形式，可以减轻机身重量，提高机身的强度和刚度。
5. 结论飞行器机身结构的强度与刚度优化设计是航空工业中的重要研究方向。
固定翼无人机设计及性能分析
固定翼无人机设计及性能分析随着科技的不断进步，无人机已逐渐成为现代社会中重要的工具。
而固定翼无人机由于其稳定性和长时间飞行的特点，成为无人机设计中最主要的类型之一。
本文将讨论固定翼无人机的设计要素以及性能分析。
一、固定翼无人机的设计要素1. 机身结构固定翼无人机的机身结构对其飞行性能和稳定性有着重要影响。
一般情况下，机身采用轻质复合材料或铝合金制造，以减轻无人机的重量。
此外，机身的流线型设计和翼型的选择也需要考虑到空气动力学特性，以提高飞行效率和稳定性。
2. 翼展和翼载荷翼展和翼载荷是固定翼无人机的重要设计要素。
翼展决定了无人机的机翼气动特性，较大的翼展通常具有较好的升力性能和稳定性。
而翼载荷则与无人机的飞行任务密切相关，不同的任务需要不同的翼载荷配置，以实现最佳性能。
3. 推力和动力系统推力和动力系统是固定翼无人机的关键设计要素。
一般情况下，推力可以通过内燃机、电动机或者喷气式发动机来提供。
选择合适的动力系统需要考虑到无人机的重量、速度和续航能力等因素，以满足飞行任务的要求。
4. 载荷和传感器无人机的载荷和传感器系统是其应用领域的重要部分。
不同的任务需要搭载不同类型的载荷和传感器，如高清摄像机、红外传感器、多光谱相机等。
合理的载荷和传感器配置能够提高无人机的任务执行能力和数据收集效率。
二、固定翼无人机的性能分析1. 飞行性能固定翼无人机的飞行性能包括速度、续航时间和载荷能力等。
速度取决于动力系统的选取和外部环境的条件，续航时间则与飞机重量、动力系统的效率以及可以携带的燃料量有关。
载荷能力则取决于机身结构和翼载荷等设计要素。
2. 遥感能力固定翼无人机在农业、环境保护、测绘等领域有着广泛的应用。
它可以搭载高分辨率摄像机、红外传感器等设备，对地面进行精确测量和数据采集。
优化遥感能力是提高固定翼无人机性能的关键。
3. 协同作战能力固定翼无人机还可以搭载武器系统，具备协同作战能力。
这种能力可以极大地提高作战的灵活性和效果，减少风险。
高载质比的全复材无人机机翼结构设计与试验验证
高载质比的全复材无人机机翼结构设计与试验验证发表时间：2021-01-04T06:02:41.518Z 来源：《现代电信科技》2020年第13期作者：王维陶[导读] 机翼作为飞机上的主要承力结构，也大量地使用了复合材料，逐步出现了全复合材料机翼在无人机上的应用。
笔者的设计目标为尽可能提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量之比（载荷／质量比，单位为Ｎ／ｇ）。
（航天神舟飞行器有限公司天津市 300300）摘要：无人机作为当今国际航空领域发展的一个热点，只有尽可能地降低结构重量，才能满足其低成本、长航时、大过载的要求。
机翼作为无人机主承力结构，承担了无人机大部分的气动载荷，是主要的升力部件，其结构性能对整个无人机的飞行性能起着决定性的作用。
因此，在保证结构强度的情况下，具有轻量化、高刚度特性的机翼结构是提高无人机各项性能的关键要素。
基于此，本文主要对无人机全复合材料机翼结构设计与试验验证进行分析探讨。
关键词：无人机；全复合材料；机翼结构设计；试验验证1前言机翼作为飞机上的主要承力结构，也大量地使用了复合材料，逐步出现了全复合材料机翼在无人机上的应用。
笔者的设计目标为尽可能提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量之比（载荷／质量比，单位为Ｎ／ｇ）。
因此，首先建立一套能够有效预测全复合材料机翼破坏载荷的有限元模拟方法；然后，在此模拟方法的基础上，以载荷／质量比作为衡量机翼结构优劣的指标，设计并改进4种机翼结构布局形式（共包含多种不同铺层方式的机翼设计方案）；最终，获得具有较高承载效率的全复合材料机翼。
2 机翼结构设计为得到具有高结构承载效率的结构布局形式，建立并改进了１４种不同结构形式的全复合材料机翼，并为１４种结构形式赋予了不同的铺层方式，最终形成了１１７个机翼设计方案。
对１１７个机翼设计方案的数据进行统计处理，采用载荷／质量比的平均值以及最大值衡量该结构形式的承载效率，通过对比获得了较优的结构形式。
不同结构布局方案机翼的载荷／质量比如表1所示。
小型无人飞机复合材料典型结构形式分析_王建华
翼梁可采用硬铝合金结构（见图 6）和复合材料 预成型结构（见图 7）。
1) 硬铝合金结构为传统结构形式， 工艺方法成 熟，但金属结构与复合材料壁板粘接性能较差，在使 用过程中易剥离，梁弯边与壁板内形的吻合性较差， 间隙不均匀，影响胶接质量和重量。 同时，由于载荷 较小，一般采用板弯件，成本较低，但无法进行等强 度设计，会损失一定重量。
教练机 T R A I N E R
小型无人飞机复合材料典型结构形式分析
王建华， 陈令国， 朱成香， 胡定红 （洪都航空工业集团, 南昌 330024）
摘 要：先进复合材料以其高比强度、高比刚度的特性、显著的减重效益及良好的成型工艺性，逐渐成为小 型无人飞机的主体材料。复合材料容易实现整体固化成形，机械连接少，而小型无人机载荷小，结构形式相对简 单， 一般用玻璃纤维复合材料就能满足设计要求。 本文对小型无人飞机复合材料典型结构形式进行了详细分 析，可为小型无人飞机采用复合材料结构设计提供参考。
21复合材料预成型结构则可以很好地满足较复杂的机身外形面的要求根据应力水平可以方便地采用变厚度结构进行等强度设计既能满足结构强度要求又能最大限度的降低结构重量同时翼梁采用复合材料结构其材料各项性能包括粘接性能热膨胀系数与壁板接近翼梁弯边与机翼壁板软胶接可大大提高翼梁与机翼壁板的粘接强度降低热胀冷缩对胶结面的影响
面较小，蜂窝内需预浸一定厚度的胶粘剂，才能保证 胶接强度，蜂窝内预浸的胶粘剂的厚度不容易控制， 因此，胶接重量难以控制，这是蜂窝夹芯结构超重的 主要因素之一。
2） 在相同密度下，ROHACELL 泡沫是强度和刚 度最高的泡沫材料。 ROHACELL 泡沫板为闭孔结构， 各向同性, 平面和横向、 法向都有较高的剪切模量， 横 向 、法 向 变 形 小 ；100% 闭 孔 泡 沫 ， 不 易 受 潮 和 进 水 ； 可加温软化成型与面板贴合， 成型性能好； ROHACELL 泡沫板为闭孔结构，低树脂吸收率，而降 低树脂吸收率， 在一定程度上会优化夹层结构的重 量，减少面板和芯材之间的树脂量，使之与壁板胶接 面大，胶粘剂厚度均匀，从而提高胶接强度。
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十公斤级民用复合材料固定翼无人机结构设计与强度分析
本文介绍了复合材料力学的基本原理和有限元法在结构设计分析中的应用。
根据微、小型固定翼无人机性能要求,参照《飞机设计手册》和《无人机强度和刚度规范》确定了最大起飞重量为10公斤的民用复合材料固定翼无人机的总体设计参数。
根据无人机的基本设计要求及总体性能参数,对无人机结构进行了初步设计。
确定了动力系统配置、机体结构布局及各部件的几何尺寸。
建立了机翼、机身、平尾、垂尾、翼身连接件、吊舱等结构的三维模型,并进行了全机虚拟装配,审查了结构设计的合理性。
选用T-300 3k双向平纹机织物/934环氧树脂作为机翼、机身、平尾、垂尾等结构的材料。
采用封闭矩形截面缘条盒式梁结构,提高了机翼结构的性能。
采用7075航空铝合金作为翼、身连接件的结构材料。
建立了机翼、机身、平尾、垂尾等结构的有限元模型,采用最大应力强度准则,对机体结构的强度、刚度、稳定性进行了校核。
对机翼蒙皮的碳纤维铺层结构进行了优化,蒙皮减重121.6克,占机翼初始重量的11.94%。
设计、加工了无人机水平尾翼蒙皮和梁缘条的制造模具,采用手工湿法铺贴/真空常温固化工艺对水平尾翼进行了试制。
对水平尾翼进行了静力加载实验。
基于实验数据,采用刚度折减方法对平尾结构有限元模型进行了修正。
修正后有限元模型的应变计算值与实测值的相对误差控制在20%以下,验证了平尾翼
结构有限元模型的可靠性。
对修正了材料参数的全机结构进行了强度、刚度和稳定性校核。