【摘 要】
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介绍了有限元法基本原理及其在无人机结构设计中的应用。根据《飞机设计手册》等文献资料,确定了四十公斤级复合材料太阳能无人机总体设计方案,计算了主要性能参数。根据无人机设计要求,选配了动力系统和控制系统。确定了机体结构方案及各构件尺寸,建立了机翼、平尾、垂尾、机身、吊舱及柔性薄膜太阳能电池等结构的三维模型,完成了全机结构虚拟装配。选用SW100A-100a高强度双向玻璃纤维布/164环氧树脂和T-30
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介绍了有限元法基本原理及其在无人机结构设计中的应用。根据《飞机设计手册》等文献资料,确定了四十公斤级复合材料太阳能无人机总体设计方案,计算了主要性能参数。根据无人机设计要求,选配了动力系统和控制系统。确定了机体结构方案及各构件尺寸,建立了机翼、平尾、垂尾、机身、吊舱及柔性薄膜太阳能电池等结构的三维模型,完成了全机结构虚拟装配。选用SW100A-100a高强度双向玻璃纤维布/164环氧树脂和T-300 3k双向碳纤维平纹机织物/164环氧树脂复合材料作为机体结构主要材料。选择美国Konarka公司生产的KT200薄膜太阳能电池为无人机太阳能发电装置。建立了全机结构有限元模型,采用最大应力强度准则,对机体结构的强度、刚度、稳定性以及所选柔性薄膜太阳能电池的强度进行了校核。为保证机体结构稳定性,对机翼蒙皮的铺层结构进行了优化设计,最终方案比初始铺层方案增重约12.3%。分析了无人机的固有振动特性以及特定冲击载荷下的瞬态响应,结果表明无人机翼尖在冲击载荷作用下,速度及加速度在约1秒内回复为0,位移亦在1秒内收敛到静载状态（2.6mm）。设计、加工了无人机机翼、平尾、垂尾木质模具,并采用手工湿法/真空加压常温固化成型工艺试制了无人机外侧翼段。对试制翼段进行了静力加载实验,基于实验数据对机翼有限元模型进行了修正。有限元模型的翼尖位移实测值与仿真计算值误差在±15%以内,应变实测值与仿真计算值误差在±25%以内,考虑湿法工艺的分散性,机翼结构有限元模型基本满足工程估算要求。对修正了材料参数的全机结构数值模型进行了强度、刚度和稳定性校核。
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