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某高载荷大后掠无人机复合材料机翼结构设计与试验验证

2021-09-16王校培唐军军沈浩杰

南京航空航天大学学报 2021年4期
关键词:复合材料有限元结构

陈 刚,王校培,宋 军,唐军军,沈浩杰

(南京模拟技术研究所,南京 210016)

无人机作为空中力量的一员,具有无人员伤亡、使用限制少、隐蔽性好、效费比高等特点,在军事、民用和科学研究领域的地位和作用日渐突出[1]。先进复合材料具有比强度高、比模量大、可设计性强、耐疲劳性、耐腐蚀性好的优点[2⁃3],已经广泛应用于无人机次承力结构甚至主承力结构中,取得了显著的减重效果并提升了整体性能。机翼作为无人机上的主要承力部件之一,其设计技术一直是国内外研究的重点,大量学者针对复合材料机翼进行了探索研究[4⁃7]。

罗楚养等[8⁃9]采用多级优化方法设计并制造了蒙皮⁃夹芯、蒙皮⁃加筋、C 型梁、工字梁4 种结构形式的机翼,探索了整体成型技术在复合材料机翼上的可行性,并通过有限元分析与三点弯曲试验对优选设计方案进行了强度验证。胡江波等[10]针对给定外形的机翼模型和加载方式,结合有限元计算、工艺性分析与加载试验,对比了3 种机翼结构方案的承载效率与破坏形式,得到了高载荷质量比的直梁式机翼模型。白江波等[11]采用石蜡芯模辅助气囊法成型技术,设计并制备了空心的整体蒙皮宽筋加强复合材料机翼,通过有限元分析与力学测试得到了承载效率与机翼几何尺寸的关系,并确定了最优结构尺寸与复合材料纤维铺层厚度。为尽可能提高全复合材料机翼的有效载荷与机翼质量之比,刘振东等[12]建立了有效预测全复合材料机翼破坏载荷的有限元模拟方法,以载荷质量比作为衡量机翼结构优劣的指标,设计并改进机翼结构布局形式,获得了具有较高承载效率的全复合材料机翼。……

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