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

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。