1、 PAGE 68 PAGE 67 某固定翼無人機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì).及有限元分析 摘 要關(guān)鍵詞：無人機(jī) 機(jī)翼 分析 對比無人機(jī)的應(yīng)用隨著時(shí)代的變化越來越廣泛，不但應(yīng)用于日常生活更是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。因此，對無人機(jī)的性能提出了更高的要求。 HYPERLINK /item/%E6%97%A0%E4%BA%BA%E9%A9%BE%E9%A9%B6%E9%A3%9E%E6%9C%BA/155966 t /item/%E6%97%A0%E4%BA%BA%E6%9C%BA/_blank 無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“ HYPERLINK /item/UAV t /item/%E6%97%A0%E4%BA%

2、BA%E6%9C%BA/_blank UAV”無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”（“UAV”），無人機(jī)是利用遠(yuǎn)程控制的一款飛機(jī)?？梢杂糜谵r(nóng)業(yè)、軍事、生活、環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)保護(hù)、文物保護(hù)等多方面。尤其是在軍事領(lǐng)域，無人機(jī)的應(yīng)用可以說是為軍事作戰(zhàn)帶來了新的革新。在農(nóng)業(yè)方面，可以大大地加快撒農(nóng)藥的效率，節(jié)省了人力，提高了經(jīng)濟(jì)收入；在森林保護(hù)方面，無人機(jī)因?yàn)闊o視地形的影響，可以快速深入一些人難以進(jìn)入的區(qū)域并快速的進(jìn)行監(jiān)控當(dāng)?shù)厣值臓顟B(tài)。如果發(fā)生火災(zāi)，可以快速出動無人機(jī)控制火情，還可以偵查火災(zāi)的情況，迅速制定滅火的方案，為救火贏得寶貴時(shí)間。另外無人機(jī)也可以對一些古建筑進(jìn)行拍照存檔，為保護(hù)古建筑做出突出的貢獻(xiàn)。無人

3、機(jī)也可以對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，對一些地勢險(xiǎn)峻，人難以進(jìn)入的區(qū)域，可以快速的進(jìn)行監(jiān)視，對當(dāng)?shù)氐囊恍﹦又参镞M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到不遺漏數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)全面。無人機(jī)不但能用于農(nóng)業(yè)、消防、監(jiān)測環(huán)境、保護(hù)生態(tài)、保護(hù)古建筑，也可以用于我們的生活，比如婚禮時(shí)的拍攝，學(xué)校慶典的拍攝，個人up主視頻的制作，作為無人機(jī)愛好者的玩具等等?？傊瑹o人機(jī)可以用于方方面面，無論是軍事還是民用，我們的生活也因?yàn)闊o人機(jī)的出現(xiàn)而發(fā)生著變化。未來的生活中，可能會出現(xiàn)許許多多我們想不到的無人機(jī)，它在悄悄地改變著每個人的生活。AbstractKey words:UAV wing contrast analysisWith the change

4、of the times, the application of UAV is more and more widely, not only in daily life, but also in the military field. Therefore, higher requirements are put forward for the performance of UAV. Unmanned aerial vehicle (UAV) is a kind of aircraft controlled by remote control. It can be used in agricul

5、ture, military, life, environmental monitoring, ecological protection, cultural relics protection and other aspects. Especially in the military field, the application of UAV can be said to bring new innovation for military operations. In agriculture, it can greatly speed up the efficiency of sprayin

6、g pesticides, save manpower and increase economic income; In the aspect of forest protection, because of ignoring the influence of terrain, UAV can quickly penetrate into some areas that are difficult for people to enter and quickly monitor the status of local forests. If there is a fire, it can qui

7、ckly dispatch UAV to control the fire, detect the situation of the fire, quickly formulate the fire-fighting plan, and win valuable time for fire fighting. In addition, UAV can also take photos of some ancient buildings and make outstanding contributions to the protection of ancient buildings. UAV c

8、an also monitor the environment. It can quickly monitor some areas where the terrain is steep and it is difficult for people to enter. It can also monitor some local animals and plants in real time, so as not to miss data and achieve comprehensive data. UAV can not only be used in agriculture, fire

9、control, environmental monitoring, ecological protection and ancient buildings protection, but also can be used in our life, such as wedding shooting, school celebration shooting, personal up main video production, toys as UAV lovers, etc. In short, UAV can be used in all aspects, whether military o

10、r civilian, our life is also changing because of the emergence of UAV. In the future life, there may be many unexpected UAVs, which are quietly changing everyones life.目 錄中英文摘要第一章 緒論無人機(jī)概述。無人機(jī)機(jī)翼的發(fā)展歷史。項(xiàng)目研究背景和意義。第二章 有限元分析法概述 有限元的原理有限元的發(fā)展歷程第三章 機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型、約束及載荷計(jì)算三維建模軟件機(jī)翼的結(jié)構(gòu)組成三維模型的建立機(jī)翼的結(jié)構(gòu)有限元建模結(jié)構(gòu)有限元模型的網(wǎng)格劃分及

11、單元選取機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型的約束條件機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型承受載荷計(jì)算第四章 總結(jié)與展望緒論1.2無人機(jī)概述無人機(jī)，全稱為無人駕駛飛機(jī)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，為了降低人員傷亡，通常采用無人機(jī)作為先鋒頭陣，往往無人機(jī)體積小，造價(jià)便宜，使用方便，成為新一代的空中殺器。不僅僅是軍事領(lǐng)域，在民用領(lǐng)域方面也有突出的作用。無人機(jī)可以進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，在比如火山口、斷臂懸崖、崎嶇山路等不利于人類進(jìn)入的區(qū)域，難以進(jìn)行人工監(jiān)測的區(qū)域，無人機(jī)可以監(jiān)測這些地方的數(shù)據(jù)，并且可以克服外界因素的干擾，可以較好的獲取數(shù)據(jù)，也避免了因?yàn)槿斯みM(jìn)入這些區(qū)域所造成的危險(xiǎn)。同時(shí)，無人機(jī)也可以在生態(tài)保護(hù)中出一份力。往往有些地區(qū)地勢險(xiǎn)峻，人工雖然也能監(jiān)

12、測，但是經(jīng)常會造成數(shù)據(jù)獲取不全面，甚至對該環(huán)境造成二次污染的局面。利用無人機(jī)技術(shù)，可以有效地避免這些問題，使生態(tài)監(jiān)視更加全面，避免人為二次污染，也可以比人工更快的獲取更多的數(shù)據(jù)。無人機(jī)也可以用于農(nóng)業(yè)方面，無人機(jī)的應(yīng)用，大大提高了農(nóng)業(yè)耕作的效率，以前人工噴灑農(nóng)藥，一天最多也就10畝地，而如今有了無人機(jī)的加持，一天可以達(dá)到五百畝。另外，無人機(jī)不受地形的影響，可以進(jìn)入往往人難以進(jìn)入的區(qū)域，也大大提高了農(nóng)作效率。而且無人機(jī)的成本低，從某種意義上說，大大提高了農(nóng)民的收入，糧食的質(zhì)量也提高了，促進(jìn)了無人機(jī)市場的發(fā)展，刺激了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。無人機(jī)也可用于消防滅火。當(dāng)發(fā)生山火的時(shí)候，人工搶險(xiǎn)往往具有很大的危險(xiǎn)性，

13、而且人工滅火往往效率不高，無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，很好的解決了這個問題。無人機(jī)的應(yīng)用，降低了人犧牲的風(fēng)險(xiǎn)，可以快速的監(jiān)控現(xiàn)場火勢，噴灑二氧化碳等滅火物質(zhì)參與滅火，為控制火勢，研究滅火對策，提供了不可替代的幫助。對于無人值守，救援困難的倉庫等建筑，無人機(jī)的裝備，為發(fā)生緊急情況時(shí)，有效撲滅初期火災(zāi)，贏得救援時(shí)間，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。無人機(jī)也可用于保護(hù)古建筑，由于早期對古建筑無人評估，民間古建筑無人看護(hù)，導(dǎo)致古建筑逐漸消亡，如今無人機(jī)的應(yīng)用，可以為一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的古建筑進(jìn)行拍攝，三維建模，建檔，為古建筑的開發(fā)保護(hù)，發(fā)展當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，有著不可估量的現(xiàn)實(shí)意義。無人機(jī)不但能用于農(nóng)業(yè)、消防、監(jiān)測

14、環(huán)境、保護(hù)生態(tài)、保護(hù)古建筑，也可以用于我們的生活，比如婚禮時(shí)的拍攝，學(xué)校慶典的拍攝，個人up主視頻的制作，作為無人機(jī)愛好者的玩具等等。總之，無人機(jī)可以用于方方面面，無論是軍事還是民用，我們的生活也因?yàn)闊o人機(jī)的出現(xiàn)而發(fā)生著變化。未來的生活中，可能會出現(xiàn)許許多多我們想不到的無人機(jī)，它在悄悄地改變著每個人的生活。1.3無人機(jī)機(jī)翼的發(fā)展歷史1903年12月17日，萊特兄弟憑借著自己的聰明才智發(fā)明出了世界上第一架飛機(jī)，這是一個載入史冊的日子。這架飛機(jī)就是大名鼎鼎的“飛行者1號”，如下圖所示。這架飛機(jī)的機(jī)翼翼展達(dá)12.29米，所采用的主要材料就是木頭，蒙皮材料主要是麻布，可以起一些防雨的作用。由于早期飛機(jī)

15、的飛行速度低，所以飛機(jī)機(jī)翼承受的力也低，用木頭即可滿足飛機(jī)飛行的性能。因此早期的飛機(jī)用木頭為主要材料。隨著飛機(jī)的綜合性能不斷提高，飛行速度越來越快，木頭作為主要材料的飛機(jī)逐漸不能滿足人們的需要，因此人們開始尋找另外一種材料作為飛機(jī)機(jī)翼的主要材料。因此，在二十世紀(jì)四十年代，研發(fā)出了高強(qiáng)度的耐腐蝕的重量輕便的鋁合金材料，它的出現(xiàn)使飛機(jī)進(jìn)入鋁合金機(jī)翼的時(shí)代。它作為機(jī)翼材料被越來越廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)上，至今飛機(jī)也是沿用這一種材料。如圖所示：直到二十世紀(jì)七十年代，另外一種材料的出現(xiàn)，打破了寧靜。它就是復(fù)合材料，復(fù)合材料相比較于鋁合金材料，復(fù)合材料更加輕便，密度也更小，它的出現(xiàn)使飛機(jī)的總體重量變小，飛行時(shí)也

16、更加省油，以更小的推力獲得更大的飛行速度。復(fù)合材料最早被用于空客系列飛機(jī)中，隨著時(shí)代的發(fā)展和推移，這種復(fù)合材料才被更多人所熟知。 一開始的機(jī)翼是萊特兄弟研發(fā)的雙機(jī)翼，這種機(jī)翼受力不高，因此飛機(jī)的速度就不高。后來隨著飛機(jī)速度的不斷提高，雙機(jī)翼的阻力也不斷提高，雙機(jī)翼的支柱和張線的阻力越來越大，雙機(jī)翼就開始適應(yīng)不了時(shí)代的發(fā)展要求，于是人們開始研制另一種機(jī)翼。那就是單機(jī)翼。到第二次世界大戰(zhàn)，飛機(jī)基本上都是單機(jī)翼，雙機(jī)翼已經(jīng)淘汰掉了。單機(jī)翼又分上單機(jī)翼、中單機(jī)翼、下單機(jī)翼。后來隨著速度越來越快，當(dāng)飛機(jī)速度達(dá)到音速的時(shí)候人們發(fā)現(xiàn)，這種單機(jī)翼的強(qiáng)度已經(jīng)不能支撐飛機(jī)的飛行了。于是后來出現(xiàn)了后掠翼。就是像燕子

17、一樣的機(jī)翼。這種機(jī)翼可以有效地延遲激波的產(chǎn)生，減小由于激波而產(chǎn)生的阻力。后來隨著時(shí)代的發(fā)展，后掠翼逐漸的成為了各國軍事飛機(jī)的主流，而單機(jī)翼并沒有淘汰掉，而成了民航飛機(jī)的機(jī)翼。1.4項(xiàng)目研究背景和意義機(jī)翼的主要作用是產(chǎn)生升力，同時(shí)也是影響飛機(jī)飛行速度的一個重要因素。在各國無人機(jī)都競爭激烈的情況下，機(jī)翼的好壞直接影響到一個飛機(jī)的性能的好壞。譬如說，一個高空無人機(jī)，你的發(fā)動機(jī)技術(shù)沒問題，如果機(jī)翼出了問題，那就會造成機(jī)毀的結(jié)果。而且要想提高無人機(jī)的性能，機(jī)翼的研究至關(guān)重要。有限元分析法概述1.5有限元的原理有限元是一種用簡單原理求解復(fù)雜問題的方法，可以解決許多傳統(tǒng)上難以解決的或者無法求解的實(shí)際問題。其

18、基本原理是，簡單來說，就是把連續(xù)的不規(guī)則的物體離散成一個個規(guī)則可以求解的小單元，然后分別計(jì)算每個單元上的應(yīng)力，最后把所有的單元連結(jié)起來一起計(jì)算。往往分的單元越細(xì)小，計(jì)算的結(jié)果越準(zhǔn)確。1.有限單元法的實(shí)施步驟有限元的重要步驟歸納起來，主要有以下幾步：（1）建立離散化的計(jì)算模型，包括以一定型式的單元進(jìn)行離散化，按照求解問題的具體條件確定荷載及邊界條件；（2）建立單元的剛度矩陣；（3）由單元剛度矩陣組集總體剛度矩陣，并建立系統(tǒng)的整體方程組；（4）引入邊界條件，解方程組，求得節(jié)點(diǎn)位移；（5）求各單元的應(yīng)變、應(yīng)力及主應(yīng)力。2位移模式與單元類型在一般的有限單元法問題中，我們常以位移作為未知數(shù)，稱為位移法。

19、為保證解的收斂性，要求位移模式必須滿足以下三條：（1）位移模式必須能包含單元的剛體位移。即當(dāng)節(jié)點(diǎn)位移是由某個剛體位移所引起時(shí)，彈性體內(nèi)不會有應(yīng)變。（2）位移模式必須能包含單元的常應(yīng)變，即與位置坐標(biāo)無關(guān)的那部分應(yīng)變。（3）位移模式在單元內(nèi)要連續(xù)，并使相鄰單元間的位移必須協(xié)調(diào)。同時(shí)，還要求所選的位移模式與局部坐標(biāo)系的方位無關(guān)，即具有幾何各向同性。對于線形多項(xiàng)式，各向同性的要求通常就等價(jià)于必須包含常應(yīng)變狀態(tài)，對于高次模式，就是位移模式不應(yīng)隨局部坐標(biāo)的更換而改變。對于常應(yīng)變?nèi)切螁卧?，其位移模式十分簡單。這里以常用的四邊形等參數(shù)單元為例。等參數(shù)單元的概念已普遍地應(yīng)用于有限單元公式中。“等參數(shù)”這個術(shù)語

20、意味著單元的未知位移和幾何形狀有著共同的參數(shù)表述，其基本思想使用同樣的內(nèi)插函數(shù)N來表達(dá)單元的位移和幾何形狀。如果把單元中點(diǎn)的位移表示為：在等參概念中，用同樣的函數(shù)N來表示單元中某點(diǎn)的坐標(biāo)式中，由節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)所構(gòu)成。先以四節(jié)點(diǎn)的四邊形等參元為例，為了便于積分運(yùn)算，采用了自然坐標(biāo)系。這種局部坐標(biāo)以四邊形兩對中線連線為坐標(biāo)軸，坐標(biāo)原點(diǎn)為0，單元節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值為1。由此采用線性插值方法給出函數(shù)為 其中，為四邊形各節(jié)點(diǎn)的局 部坐標(biāo)值，插值函數(shù)在節(jié)點(diǎn)處應(yīng)等于1，在其他節(jié)點(diǎn)處應(yīng)等于0。3單元剛度矩陣的建立對于二維應(yīng)力應(yīng)變問題來說，單元上的每個節(jié)點(diǎn)有兩個自由度，方向的位移和方向位移，在矩陣記號中用節(jié)點(diǎn)位移表示就可以

21、寫作 = 此處有上面方程給出，而，單元的幾何形態(tài)可用同樣的N表示為=此處，在平面應(yīng)變條間下的應(yīng)變位移關(guān)系為式中可有的某種適當(dāng)求導(dǎo)而得以及=下面使用變分法來推導(dǎo)單元的剛度方程。位移法得變分泛函系統(tǒng)的勢能可以表示為式中單位體積的應(yīng)變能；、規(guī)定的體積力分量，即物體的重量；、規(guī)定的表面牽引力；單元體積；有規(guī)定牽引力作用的曲面。根據(jù)材料是線性的假設(shè)，利用彈性理論的結(jié)果，將表示為此處，為應(yīng)力分量向量。利用廣義虎克定律，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是式中，為應(yīng)力應(yīng)變矩陣，對于各向同性線彈性材料來說，它有一對參數(shù)構(gòu)成，這對參數(shù)為楊氏模量和泊松比，或?yàn)轶w積模量和剪切模量或?yàn)槔烦?shù)和?？紤]各向同性線性彈性性狀，方程變?yōu)槭街校?/p>

22、分別是體力和表面牽引力向量。將=代入方程上式得： 對節(jié)點(diǎn)位移取得一級變分，以及引用最小勢能原理，從而得到此式對于四邊形等參單元來說有+式中，雅克比矩陣的行列式，導(dǎo)出整體坐標(biāo)與局部坐標(biāo)之間的關(guān)系。，4= 為單元的等厚度常數(shù)。對于平面應(yīng)變情形來說，取，因此，對于平面問題，圖1給出的四邊形等參單元的剛度矩陣就可以寫成上式的積分在程序中用高斯積分實(shí)現(xiàn)。 相同的推導(dǎo)，可以得到常應(yīng)變?nèi)切螁卧膭偠染仃噷τ诩盀槌Ａ康某?yīng)變?nèi)切螁卧?式中 三角形單元面積 單元厚度4.非線性有限元法的求解巖土工程問題大都為非線性問題，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈非線性狀態(tài)，非線性算法是有限元解題步驟中非常重要的一步。求解非線性問題的方

23、法可分為三類：增量法、迭代法和混合法。這里主要介紹迭代法，迭代法在每次迭代過程中都施加全部荷載，但逐步修改位移和應(yīng)變，使之滿足非線性的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，即荷載也劃分為若干增量，而對每一個荷載增量進(jìn)行迭代計(jì)算。迭代法又稱牛頓法，這種方法的特點(diǎn)是全部荷載一次施加，逐步調(diào)整位移進(jìn)行迭代，最終使方程得到滿足。這里主要介紹牛頓法和修正牛頓法。(1)牛頓法由非線性方程出發(fā)，從初始剛度求得位移， (4-12)由求得，由從曲線上求得割線剛度，再由求得的第二次，如此重復(fù)計(jì)算，直到與充分接近，使得，即給定精度為止，這一過程可由表示，這種方法收斂快，但每一次迭代都要形成新的剛度矩陣，計(jì)算量較大。(2)修正牛頓法對上述方

24、法的一種修正是每一步迭代步驟均采用初始剛度，迭代方程可寫為 (4-13)收斂準(zhǔn)則為。由圖不難理解這種方法的迭代計(jì)算過程。這種方法迭代次數(shù)多，但因省去重新計(jì)算剛度矩陣的時(shí)間，速度比一般牛頓、法要快。1.6有限元的發(fā)展歷程有限元法首次提出是在1943年，其后就如雨后春筍般迅猛發(fā)展。要說起有限元的萌芽，那可以追溯到18世紀(jì)，歐拉在解決軸力桿的平衡問題時(shí)創(chuàng)立了變分法，那是一種與現(xiàn)代有限元法相似的方法，但奈何當(dāng)時(shí)并沒有計(jì)算機(jī)，而人又沒有那么強(qiáng)大的算力，所以這個問題在當(dāng)時(shí)也是無解的問題。直到二十世紀(jì)六十年代，克拉夫教授首次提出了有限元的概念。后來有限元就廣泛用于各種領(lǐng)域。機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型、約束及載荷計(jì)算

25、1.7三維建模軟件1.SolidworksSolidworks是隸屬于法國達(dá)索公司的產(chǎn)品，是一款功能十分強(qiáng)大的建模軟件。一方面，它操作方便靈活，為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)產(chǎn)品節(jié)省了一大段時(shí)間，另一方面，它又能與各種分析軟件銜接，提高了他的實(shí)用性。2.UGUG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，也是一款十分實(shí)用的產(chǎn)品，是設(shè)計(jì)師的首選建模軟件。ProeProe隸屬于美國的一家PTC的公司，這家軟件是以參數(shù)化著稱的一款軟件，在所有的三維軟件中有著十分重要的地位。本次建模使用的就是這款軟件。1.8機(jī)翼的結(jié)構(gòu)組成機(jī)翼通常是由 HYPERLINK /

26、item/%E7%BF%BC%E6%A2%81/5290196 t /item/_blank 翼梁、縱墻、 HYPERLINK /item/%E6%A1%81%E6%9D%A1/9471302 t /item/_blank 桁條、 HYPERLINK /item/%E7%BF%BC%E8%82%8B/5290210 t /item/_blank 翼肋和 HYPERLINK /item/%E8%92%99%E7%9A%AE/10317424 t /item/_blank 蒙皮等構(gòu)件組成。機(jī)翼的基本受力構(gòu)件包括縱向（沿翼展方向）骨架、橫向(沿氣流方向垂直于翼梁方向)骨架和蒙皮?？v向骨架有翼粱、縱墻

27、和桁條，橫向骨架有普通翼肋和加強(qiáng)翼肋。1.9三維模型的建立首先畫一個草圖，確定機(jī)翼尺寸選定另一個坐標(biāo)系，再建立一個草圖再進(jìn)行邊界混合然后將以上步驟進(jìn)行一個合并，并進(jìn)行實(shí)體化的操作。繼續(xù)建立草圖，重復(fù)上述步驟。然后是第二個模型第一步仍然是建立草圖然后是分組分部進(jìn)行建模再次繪制草圖然后進(jìn)行拉伸然后再進(jìn)行一部分的建模對機(jī)翼進(jìn)行鏡像然后重復(fù)邊界混合的步驟，合并，實(shí)體化。鏡像然后對以下兩部分進(jìn)行建模再重復(fù)各種步驟，完成建模。機(jī)翼的結(jié)構(gòu)有限元建模結(jié)構(gòu)有限元模型的網(wǎng)格劃分及單元選取機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型的約束條件機(jī)翼結(jié)構(gòu)有限元模型承受載荷計(jì)算幾何模型建立流體域，利用DM軟件的Enclosure建立流體域，隨后進(jìn)

28、行流體分析，得到飛機(jī)的機(jī)翼表面壓力，從而為后續(xù)的固體域的靜力分析提供載荷和約束，接下來進(jìn)入mesh，為流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在mesh中抑制固體域，讓其不僅進(jìn)入流體分析，對流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體的尺寸設(shè)置如下對飛機(jī)表面設(shè)置40mm的面尺寸對整體流體域設(shè)置體網(wǎng)格為500mm設(shè)置膨脹層經(jīng)過劃分，可知，整體的單元數(shù)為2062674，節(jié)點(diǎn)數(shù)為533825劃分完網(wǎng)格之后，進(jìn)入fluent進(jìn)行流體分析首先設(shè)置計(jì)算的環(huán)境，設(shè)置并行運(yùn)算，計(jì)算核心數(shù)為20設(shè)置流體模型，使用k-epsilon模型,使用湍流模型設(shè)置流體用的材料為空氣設(shè)置邊界條件，進(jìn)口為速度入口，設(shè)置速度為500M/S設(shè)置出口為壓力出口，設(shè)置計(jì)算算

29、法，具體的如下所示設(shè)置計(jì)算步數(shù)，讓其一共迭代300步經(jīng)過計(jì)算，收斂曲線如下所示檢查計(jì)算結(jié)果是否正確，查看進(jìn)口和出口的流量是否相同，如下所示，可以看出計(jì)算流量基本一致，可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果合格，隨后進(jìn)入result進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的處理首先看到機(jī)翼表面的表面壓力，創(chuàng)建一個平面，得到這個平面的流速圖得到這個平面的壓力圖隨后將飛機(jī)表面的壓力輸入到靜力學(xué)，進(jìn)行固體分析此次分析對比不同材料的，因此固體里1.飛機(jī)材料使用鋁合金，具體的參數(shù)如下所示：將固體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分， 設(shè)置面體網(wǎng)格為50mm，經(jīng)過劃分得到單元為132032，節(jié)點(diǎn)數(shù)為237589，將得到的表面壓力輸入，具體如下所示：固定飛機(jī)內(nèi)面，如下所示：經(jīng)過計(jì)

30、算得到位移云圖為：應(yīng)力云圖為：隨后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析設(shè)置計(jì)算10階模態(tài)，如下所示：經(jīng)過計(jì)算得到十階模態(tài)如下所示：1-10階進(jìn)行模型2的分析幾何模型建立流體域，利用DM軟件的Enclosure建立流體域，隨后進(jìn)行流體分析，得到飛機(jī)的機(jī)翼表面壓力，從而為后續(xù)的固體域的靜力分析提供載荷和約束，接下來進(jìn)入mesh，為流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在mesh中抑制固體域，讓其不僅進(jìn)入流體分析，對流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，具體的尺寸設(shè)置如下對飛機(jī)表面設(shè)置30mm的面尺寸對整體流體域設(shè)置體網(wǎng)格為500mm設(shè)置膨脹層經(jīng)過劃分，可知，整體的單元數(shù)為1254990，節(jié)點(diǎn)數(shù)為344779劃分完網(wǎng)格之后，進(jìn)入fluent進(jìn)行流體分析

31、首先設(shè)置計(jì)算的環(huán)境，設(shè)置并行運(yùn)算，計(jì)算核心數(shù)為20設(shè)置流體模型，使用k-epsilon模型,使用湍流模型設(shè)置流體用的材料為空氣設(shè)置邊界條件，進(jìn)口為速度入口，設(shè)置速度為500M/S設(shè)置出口為壓力出口，設(shè)置計(jì)算算法，具體的如下所示設(shè)置計(jì)算步數(shù)，讓其一共迭代300步經(jīng)過計(jì)算，收斂曲線如下所示檢查計(jì)算結(jié)果是否正確，查看進(jìn)口和出口的流量是否相同，如下所示，可以看出計(jì)算流量基本一致，可以認(rèn)為計(jì)算結(jié)果合格，隨后進(jìn)入result進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的處理首先看到機(jī)翼表面的表面壓力，創(chuàng)建一個平面，得到這個平面的流速圖得到這個平面的壓力圖隨后將飛機(jī)表面的壓力輸入到靜力學(xué)，進(jìn)行固體分析此次分析對比不同材料的，飛機(jī)材料使用鋁

32、合金，具體的參數(shù)如下所示：將固體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分， 設(shè)置面體網(wǎng)格為40mm，經(jīng)過劃分得到單元為121007，節(jié)點(diǎn)數(shù)為1992378，將得到的表面壓力輸入，具體如下所示：固定飛機(jī)內(nèi)面，如下所示：經(jīng)過計(jì)算得到位移云圖為：應(yīng)力云圖為：隨后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析設(shè)置計(jì)算10階模態(tài)，如下所示：經(jīng)過計(jì)算得到十階模態(tài)如下所示：1-10階結(jié)果對比與分析通過上面的流體與靜力學(xué)和模態(tài)分析得知，第二種機(jī)翼在飛行狀態(tài)下更加穩(wěn)定從上圖我們也可以輕易的看出，同樣狀態(tài)的模態(tài)下，第一個圖的機(jī)翼更容易發(fā)生斷裂的事故，由于第一種機(jī)翼上面與下面是一體的，因此當(dāng)達(dá)到某種頻率時(shí)，他的震動更加劇烈，如果兩個部分的機(jī)翼連結(jié)不穩(wěn)定或者上面的材料強(qiáng)

33、度不夠，往往能造成斷裂的事故。而相比較第二種機(jī)翼，第二種機(jī)翼更加穩(wěn)定，由于它只是比較單一的一種機(jī)翼，我們也往往不用考慮連結(jié)強(qiáng)度的問題，相比較之下，第二種機(jī)翼是更好的選擇。而且從上圖我們也能輕易的看出，機(jī)翼兩側(cè)的應(yīng)力分布均勻，受力穩(wěn)定。而從這張圖可以看出，連結(jié)處往往會造成應(yīng)力集中的問題，第二種機(jī)翼則沒有相關(guān)的問題?？偨Y(jié)與展望本文以無人機(jī)的機(jī)翼分析為例，利用 Pro/E 軟件對機(jī)翼模型進(jìn)行 三維建模。建模完成后進(jìn)行流體力學(xué)仿真和結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真研究等方面的工作。通 過本次論文，得出的結(jié)論主要有以下幾點(diǎn)： （1）建立模型前查閱了大量的文獻(xiàn)資料，對無人機(jī)進(jìn)行了詳盡的了解，包括無人機(jī)的用途、前景、經(jīng)濟(jì)市場方

34、面做了深刻的調(diào)研，對無人機(jī)機(jī)翼的結(jié)構(gòu)，所使用的的材料做了詳細(xì)細(xì)致的研究，確定了論文大致的提綱，為論文做足了準(zhǔn)備工作。（2）完成了利用 proe軟件劃分三維網(wǎng)格。建立了符合飛機(jī)實(shí)際飛行環(huán)境的 矩形外流場。建立殼網(wǎng)格和矩形外流場過程中，不斷的對網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化， 使網(wǎng)格的大小和密度盡量滿足流體力學(xué)分析的要求。（3）分別對兩個模型進(jìn)行了流體力學(xué)分析。利用 Fluent 軟件，對機(jī)翼在不同工作狀態(tài)下的空氣動力性能的分析，求出了機(jī)翼在不同工作狀態(tài)下的升力系數(shù)，阻力系數(shù)的曲線圖，計(jì)算出了飛機(jī)機(jī)翼的升阻比并進(jìn)行了對比。詳細(xì)的分析了機(jī)翼壓力場的云圖，跡線圖，觀察了機(jī)翼外部跡線的疏密程度。 （4）使用 Wo

35、rkbench 軟件對機(jī)翼進(jìn)行受力分析。得出了機(jī)翼的總應(yīng)變和等效應(yīng)力的云圖。在不同的工作狀態(tài)下對機(jī)翼表面總應(yīng)變和等效應(yīng)力的影響，并得出機(jī)翼在哪種工作狀態(tài)下最佳。致謝經(jīng)過了兩個多月的努力，我最后完成了論文的寫作。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，從一無所知，我開始了獨(dú)立的學(xué)習(xí)和試驗(yàn)，查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己十分稚嫩作品一步步完善起來，每一次改善都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次試驗(yàn)的成功都會讓我興奮好一段時(shí)間。我的論文作品不是很成熟，

36、還有很多不足之處。但是這次做論文的經(jīng)歷使我終身受益。我感受到做論文是要真真正正用心去做的件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的潛力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。期望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵我繼續(xù)進(jìn)步。最后要感謝在整個論文寫作過程中幫忙過我的每一位人。首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師，侯圣文老師。在整個過程中他給了我很大的幫忙，在論文題目制定時(shí)，他首先肯定了我的題目大方向，但是同時(shí)又幫我具體分析使我最后選取了某固定翼無人機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)及有限元分析 ，讓我在寫作時(shí)有了具體方向。在論文提綱制定時(shí)，我的思路不是很清晰，經(jīng)過老師的幫忙，讓我具

37、體寫作時(shí)思路頓時(shí)清晰。在完成初稿后，老師認(rèn)真查看了我的文章，指出了我存在的很多問題。在此十分感謝侯老師的細(xì)心指導(dǎo)，才能讓我順利完成畢業(yè)論文。其次，要感謝幫我查資料的同學(xué)，后期因?yàn)閷?shí)習(xí)的關(guān)系，不能隨時(shí)去學(xué)校的圖書館查閱資料，在此也十分感謝他能抽出時(shí)間幫我找的一些外文資料。六月，總是陽光燦爛。六月，總要曲終人散。六月，我們拒絕傷感?；▋褐x了芬芳，迎來碩果飄香。畢業(yè)帶來別離，我們走向輝煌。在論文完稿之際，謹(jǐn)對在本論文的撰寫過程中，要感謝我的家人，是家人的鼓勵和支持，使已過不惑之年的我能夠全心投入學(xué)習(xí)和工作之中，順利完成學(xué)業(yè)。最后衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!參考文獻(xiàn)1張飛.垂

38、直起降固定翼無人機(jī)研究D.南昌航空大學(xué),2019.2代海亮.十公斤級民用復(fù)合材料固定翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析D.中國民用航空飛行學(xué)院,2019.3鄧朝武.輕小型復(fù)合翼無人機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)D.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所),2018.4高麗麗.固定翼無人機(jī)總體設(shè)計(jì)及自主著陸控制技術(shù)研究D.南京航空航天大學(xué),2017.5郭學(xué)偉.復(fù)合材料無人機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化研究D.江蘇大學(xué),2016.6劉振東,鄭錫濤,馮雁,張迪.無人機(jī)全復(fù)合材料機(jī)翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證J.復(fù)合材料學(xué)報(bào),2016 33 05 108-116.7王海鵬.無人機(jī)機(jī)翼肋板裂紋擴(kuò)展有限元分析D.南昌航空大學(xué),2014.8丁玲.全復(fù)合材料無人機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)D.中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所),201