基于变密度法的无人机后机身拓扑优化设计
发布时间：2021-10-27 07:23
无人机是近年来飞速发展的一个高新技术产业,随着无人机应用的普及和相关产业的发展,其使用环境对无人机整体结构的刚度和重量提出了越来越严格的要求。为了满足日益提高的结构需求,对无人机进行结构优化势在必行。结构优化可分为三个层次:尺寸优化,形状优化和拓扑优化,这三者的设计难度依次增大。减重一直是飞行器结构设计最重要的要求之一,在无人机轻量化结构设计中,除了使用更轻的材料,拓扑优化是最有效的方法,也是该领域应用最广泛,最前沿的技术。相比前两者而言,拓扑优化的设计变量更多,求解过程更为复杂,并且优化结果实现也更为困难。本文以南科大智能无人机实验室的尾座式无人机ETS10的后机身为研究对象,根据其试飞及姿态分析的结果得到该无人机后机身的实际工况,针对其主要承受弯矩扭矩的特点,对无人机后机身的蒙皮加强筋分布进行了拓扑优化设计。本文根据无人机实际飞行环境与飞行姿态分析了无人机后机身的实际工况和极限载荷条件,满速且水平尾翼满偏舵情况下后机身载荷最大,然后分析了无人机后机身的纯蒙皮结构和桁梁式结构在这两种边界条件下的应力与位移情况,分析了桁梁式机身的加强效果。基于变密度法的SIMP插值模型,以最小柔度为目...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种结构优化类型[3]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-计，如图1-2所示的对机翼前缘肋板的拓扑优化设计。利用拓扑优化重新设计机舱门加强肋板和机翼固定前缘肋板的材料分布，每架A380都减重1000kg以上，优化效果十分明显，使飞机的有效载荷大大提高[17]，这个例子也充分说明了拓扑优化对于飞行器结构设计具有重要意义。图1-2A380机翼前缘肋板的拓扑优化设计相比于市面上常见的多旋翼无人机和固定翼无人机，本课题所涉及的尾座式垂直起降无人机ETS10具有其独特的起降方式、良好的空中悬停能力以及机动飞行性能，并且由于它对起降地形环境的要求较低，一块小小的空地即可完成起降，并且易于搭载不同的任务设备或工具执行多样化的任务，可广泛应用于电视高空拍摄转播，农林播种植保，巡查水电气线路，地质考察，快递运送等民用领域以及边境线巡逻搜查，搜救执法等军用领域[2]。图1-3EST10无人机蒙皮机身外形机头(前机身)机翼(带电机)机舱后机身水平尾翼垂尾
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-计，如图1-2所示的对机翼前缘肋板的拓扑优化设计。利用拓扑优化重新设计机舱门加强肋板和机翼固定前缘肋板的材料分布，每架A380都减重1000kg以上，优化效果十分明显，使飞机的有效载荷大大提高[17]，这个例子也充分说明了拓扑优化对于飞行器结构设计具有重要意义。图1-2A380机翼前缘肋板的拓扑优化设计相比于市面上常见的多旋翼无人机和固定翼无人机，本课题所涉及的尾座式垂直起降无人机ETS10具有其独特的起降方式、良好的空中悬停能力以及机动飞行性能，并且由于它对起降地形环境的要求较低，一块小小的空地即可完成起降，并且易于搭载不同的任务设备或工具执行多样化的任务，可广泛应用于电视高空拍摄转播，农林播种植保，巡查水电气线路，地质考察，快递运送等民用领域以及边境线巡逻搜查，搜救执法等军用领域[2]。图1-3EST10无人机蒙皮机身外形机头(前机身)机翼(带电机)机舱后机身水平尾翼垂尾
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元和拓扑联合优化方法及其在机器人结构轻量化设计中的应用[J]. 李锦忠,唐宇存,陆秋龙,张建法,匡绍龙. 机械科学与技术. 2019(11)
[2]面向增材制造需求的拓扑优化技术发展现状与展望[J]. 杜宇,刘仪伟,李正文,蔡守宇. 科技与创新. 2018(11)
[3]无人机在军事领域的发展前景[J]. 李岳龙,李旭阳. 科学技术创新. 2018(12)
[4]某运输机机翼翼肋疲劳拓扑优化[J]. 邓明江,姚卫星. 江苏航空. 2012(S1)
[5]基于ESO方法的梁形状拓扑优化[J]. 王杰,樊军,申丽萍. 机械工程与自动化. 2010(02)
[6]一种基于ESO算法的结构拓扑优化方法[J]. 熊楚杨,陈五一,郭世军. 机械设计与制造. 2009(10)
[7]追究根基的结构拓扑优化方法[J]. 隋允康,叶红玲,刘建信,陈实,宇慧平. 工程力学. 2008(S2)
[8]结构拓扑优化研究方法综述[J]. 周克民,李俊峰,李霞. 力学进展. 2005(01)
[9]基于ICM方法的刚架拓扑优化[J]. 隋允康,任旭春,龙连春,叶宝瑞. 计算力学学报. 2003(03)
[10]连续体结构拓扑优化[J]. 江允正,曲淑英,初明进. 计算力学学报. 2003(02)
博士论文
[1]连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发[D]. 叶红玲.北京工业大学 2005
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]复合材料机翼结构拓扑—尺寸联合优化设计[D]. 朱路明.浙江大学 2017
[2]基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究[D]. 冯伟.中北大学 2014
[3]基于MSC.Patran二次开发的机翼肋的拓扑优化[D]. 董瑞星.南京航空航天大学 2012
[4]连续体结构的双向进化优化方法研究[D]. 孔文秦.南京航空航天大学 2005
本文编号：3461136
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种结构优化类型[3]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-计，如图1-2所示的对机翼前缘肋板的拓扑优化设计。利用拓扑优化重新设计机舱门加强肋板和机翼固定前缘肋板的材料分布，每架A380都减重1000kg以上，优化效果十分明显，使飞机的有效载荷大大提高[17]，这个例子也充分说明了拓扑优化对于飞行器结构设计具有重要意义。图1-2A380机翼前缘肋板的拓扑优化设计相比于市面上常见的多旋翼无人机和固定翼无人机，本课题所涉及的尾座式垂直起降无人机ETS10具有其独特的起降方式、良好的空中悬停能力以及机动飞行性能，并且由于它对起降地形环境的要求较低，一块小小的空地即可完成起降，并且易于搭载不同的任务设备或工具执行多样化的任务，可广泛应用于电视高空拍摄转播，农林播种植保，巡查水电气线路，地质考察，快递运送等民用领域以及边境线巡逻搜查，搜救执法等军用领域[2]。图1-3EST10无人机蒙皮机身外形机头(前机身)机翼(带电机)机舱后机身水平尾翼垂尾
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-计，如图1-2所示的对机翼前缘肋板的拓扑优化设计。利用拓扑优化重新设计机舱门加强肋板和机翼固定前缘肋板的材料分布，每架A380都减重1000kg以上，优化效果十分明显，使飞机的有效载荷大大提高[17]，这个例子也充分说明了拓扑优化对于飞行器结构设计具有重要意义。图1-2A380机翼前缘肋板的拓扑优化设计相比于市面上常见的多旋翼无人机和固定翼无人机，本课题所涉及的尾座式垂直起降无人机ETS10具有其独特的起降方式、良好的空中悬停能力以及机动飞行性能，并且由于它对起降地形环境的要求较低，一块小小的空地即可完成起降，并且易于搭载不同的任务设备或工具执行多样化的任务，可广泛应用于电视高空拍摄转播，农林播种植保，巡查水电气线路，地质考察，快递运送等民用领域以及边境线巡逻搜查，搜救执法等军用领域[2]。图1-3EST10无人机蒙皮机身外形机头(前机身)机翼(带电机)机舱后机身水平尾翼垂尾
【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元和拓扑联合优化方法及其在机器人结构轻量化设计中的应用[J]. 李锦忠,唐宇存,陆秋龙,张建法,匡绍龙. 机械科学与技术. 2019(11)
[2]面向增材制造需求的拓扑优化技术发展现状与展望[J]. 杜宇,刘仪伟,李正文,蔡守宇. 科技与创新. 2018(11)
[3]无人机在军事领域的发展前景[J]. 李岳龙,李旭阳. 科学技术创新. 2018(12)
[4]某运输机机翼翼肋疲劳拓扑优化[J]. 邓明江,姚卫星. 江苏航空. 2012(S1)
[5]基于ESO方法的梁形状拓扑优化[J]. 王杰,樊军,申丽萍. 机械工程与自动化. 2010(02)
[6]一种基于ESO算法的结构拓扑优化方法[J]. 熊楚杨,陈五一,郭世军. 机械设计与制造. 2009(10)
[7]追究根基的结构拓扑优化方法[J]. 隋允康,叶红玲,刘建信,陈实,宇慧平. 工程力学. 2008(S2)
[8]结构拓扑优化研究方法综述[J]. 周克民,李俊峰,李霞. 力学进展. 2005(01)
[9]基于ICM方法的刚架拓扑优化[J]. 隋允康,任旭春,龙连春,叶宝瑞. 计算力学学报. 2003(03)
[10]连续体结构拓扑优化[J]. 江允正,曲淑英,初明进. 计算力学学报. 2003(02)
博士论文
[1]连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发[D]. 叶红玲.北京工业大学 2005
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]复合材料机翼结构拓扑—尺寸联合优化设计[D]. 朱路明.浙江大学 2017
[2]基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究[D]. 冯伟.中北大学 2014
[3]基于MSC.Patran二次开发的机翼肋的拓扑优化[D]. 董瑞星.南京航空航天大学 2012
[4]连续体结构的双向进化优化方法研究[D]. 孔文秦.南京航空航天大学 2005
本文编号：3461136
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