【摘 要】
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太阳能无人机是一种能够将太阳能转化为电能来维持飞行的新能源飞行器,具备长航时特点,因为需要收集太阳能的原因,往往需要高空飞行。太阳能无人机作为一个多任务搭载平台,其发展一直受限于太阳能转化率、材料的发展以及结构设计等问题,一直以来都是世界各航空强国的研究重点。本文太阳能无人机选用砷化镓太阳能薄膜电池,该电池具有光电转化效率高和耐高温的特点,使用M55J高模量复合材料用于主承力结构制造,既能保证机翼
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太阳能无人机是一种能够将太阳能转化为电能来维持飞行的新能源飞行器,具备长航时特点,因为需要收集太阳能的原因,往往需要高空飞行。太阳能无人机作为一个多任务搭载平台,其发展一直受限于太阳能转化率、材料的发展以及结构设计等问题,一直以来都是世界各航空强国的研究重点。本文太阳能无人机选用砷化镓太阳能薄膜电池,该电池具有光电转化效率高和耐高温的特点,使用M55J高模量复合材料用于主承力结构制造,既能保证机翼强度又能减轻结构质量。本文太阳能无人机设计为前后机翼都为串列翼的双机翼气动布局,比较新颖。然后经过FLUENT软件分析对比选用了具有较高升阻比的FX63-137翼型,分析了几种机翼结构特点以及受力形式后,设计出变直径管梁与矩形梁的双梁结构布局,管梁为主承力梁,设计为插接形式,采用销钉固定,便于拆卸。使用CATIA进行了太阳能无人机的整机建模,利用HYPERMESH有限元软件进行了几何清理,并划分了网格,使用PATRAN软件进行了其余的有限元前处理,使用NASTRAN软件进行求解。通过修改BDF求解文件的方法共计对六种飞行工况下的机翼进行了静力分析,此外分析校核了连接处的应力以及销钉的受力情况,确保了连接处安全可靠。以受力最大的爬升工况为基础模型,使用PATRAN里的变密度法进行了翼肋的拓扑优化,使用ISIGHT优化平台联合PATRAN/NASTRAN进行了翼梁的复合材料铺层优化。机翼累计减轻了2.46千克,减幅达23.6%,优化后结构质量满足总体设计要求。本文研究结果为后续型号提供理论支持和借鉴。
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