無人機是近年來飛速發(fā)展的一個高新技術產(chǎn)業(yè),隨著無人機應用的普及和相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其使用環(huán)境對無人機整體結構的剛度和重量提出了越來越嚴格的要求。為了滿足日益提高的結構需求,對無人機進行結構優(yōu)化勢在必行。結構優(yōu)化可分為三個層次:尺寸優(yōu)化,形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化,這三者的設計難度依次增大。減重一直是飛行器結構設計最重要的要求之一,在無人機輕量化結構設計中,除了使用更輕的材料,拓撲優(yōu)化是最有效的方法,也是該領域應用最廣泛,最前沿的技術。相比前兩者而言,拓撲優(yōu)化的設計變量更多,求解過程更為復雜,并且優(yōu)化結果實現(xiàn)也更為困難。本文以南科大智能無人機實驗室的尾座式無人機ETS10的后機身為研究對象,根據(jù)其試飛及姿態(tài)分析的結果得到該無人機后機身的實際工況,針對其主要承受彎矩扭矩的特點,對無人機后機身的蒙皮加強筋分布進行了拓撲優(yōu)化設計。本文根據(jù)無人機實際飛行環(huán)境與飛行姿態(tài)分析了無人機后機身的實際工況和極限載荷條件,滿速且水平尾翼滿偏舵情況下后機身載荷最大,然后分析了無人機后機身的純蒙皮結構和桁梁式結構在這兩種邊界條件下的應力與位移情況,分析了桁梁式機身的加強效果�；谧兠芏确ǖ腟IMP插值模型,以最小柔度為目... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

三種結構優(yōu)化類型[3]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-計，如圖1-2所示的對機翼前緣肋板的拓撲優(yōu)化設計。利用拓撲優(yōu)化重新設計機艙門加強肋板和機翼固定前緣肋板的材料分布，每架A380都減重1000kg以上，優(yōu)化效果十分明顯，使飛機的有效載荷大大提高[17]，這個例子也充分說明了拓撲優(yōu)化對于飛行器結構設計具有重要意義。圖1-2A380機翼前緣肋板的拓撲優(yōu)化設計相比于市面上常見的多旋翼無人機和固定翼無人機，本課題所涉及的尾座式垂直起降無人機ETS10具有其獨特的起降方式、良好的空中懸停能力以及機動飛行性能，并且由于它對起降地形環(huán)境的要求較低，一塊小小的空地即可完成起降，并且易于搭載不同的任務設備或工具執(zhí)行多樣化的任務，可廣泛應用于電視高空拍攝轉播，農(nóng)林播種植保，巡查水電氣線路，地質考察，快遞運送等民用領域以及邊境線巡邏搜查，搜救執(zhí)法等軍用領域[2]。圖1-3EST10無人機蒙皮機身外形機頭(前機身)機翼(帶電機)機艙后機身水平尾翼垂尾

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-計，如圖1-2所示的對機翼前緣肋板的拓撲優(yōu)化設計。利用拓撲優(yōu)化重新設計機艙門加強肋板和機翼固定前緣肋板的材料分布，每架A380都減重1000kg以上，優(yōu)化效果十分明顯，使飛機的有效載荷大大提高[17]，這個例子也充分說明了拓撲優(yōu)化對于飛行器結構設計具有重要意義。圖1-2A380機翼前緣肋板的拓撲優(yōu)化設計相比于市面上常見的多旋翼無人機和固定翼無人機，本課題所涉及的尾座式垂直起降無人機ETS10具有其獨特的起降方式、良好的空中懸停能力以及機動飛行性能，并且由于它對起降地形環(huán)境的要求較低，一塊小小的空地即可完成起降，并且易于搭載不同的任務設備或工具執(zhí)行多樣化的任務，可廣泛應用于電視高空拍攝轉播，農(nóng)林播種植保，巡查水電氣線路，地質考察，快遞運送等民用領域以及邊境線巡邏搜查，搜救執(zhí)法等軍用領域[2]。圖1-3EST10無人機蒙皮機身外形機頭(前機身)機翼(帶電機)機艙后機身水平尾翼垂尾

【參考文獻】：
期刊論文
[1]有限元和拓撲聯(lián)合優(yōu)化方法及其在機器人結構輕量化設計中的應用[J]. 李錦忠,唐宇存,陸秋龍,張建法,匡紹龍.  機械科學與技術. 2019(11)
[2]面向增材制造需求的拓撲優(yōu)化技術發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 杜宇,劉儀偉,李正文,蔡守宇.  科技與創(chuàng)新. 2018(11)
[3]無人機在軍事領域的發(fā)展前景[J]. 李岳龍,李旭陽.  科學技術創(chuàng)新. 2018(12)
[4]某運輸機機翼翼肋疲勞拓撲優(yōu)化[J]. 鄧明江,姚衛(wèi)星.  江蘇航空. 2012(S1)
[5]基于ESO方法的梁形狀拓撲優(yōu)化[J]. 王杰,樊軍,申麗萍.  機械工程與自動化. 2010(02)
[6]一種基于ESO算法的結構拓撲優(yōu)化方法[J]. 熊楚楊,陳五一,郭世軍.  機械設計與制造. 2009(10)
[7]追究根基的結構拓撲優(yōu)化方法[J]. 隋允康,葉紅玲,劉建信,陳實,宇慧平.  工程力學. 2008(S2)
[8]結構拓撲優(yōu)化研究方法綜述[J]. 周克民,李俊峰,李霞.  力學進展. 2005(01)
[9]基于ICM方法的剛架拓撲優(yōu)化[J]. 隋允康,任旭春,龍連春,葉寶瑞.  計算力學學報. 2003(03)
[10]連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化[J]. 江允正,曲淑英,初明進.  計算力學學報. 2003(02)

博士論文
[1]連續(xù)體結構靜力拓撲優(yōu)化方法與軟件開發(fā)[D]. 葉紅玲.北京工業(yè)大學 2005
[2]連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論與應用研究[D]. 左孔天.華中科技大學 2004

碩士論文
[1]復合材料機翼結構拓撲—尺寸聯(lián)合優(yōu)化設計[D]. 朱路明.浙江大學 2017
[2]基于變密度法的箱型梁結構拓撲優(yōu)化研究[D]. 馮偉.中北大學 2014
[3]基于MSC.Patran二次開發(fā)的機翼肋的拓撲優(yōu)化[D]. 董瑞星.南京航空航天大學 2012
[4]連續(xù)體結構的雙向進化優(yōu)化方法研究[D]. 孔文秦.南京航空航天大學 2005



本文編號：3461136