杨益彰 廖耀青

摘要：为减轻无人机机翼结构的质量，从而提升无人机性能和飞行效率，文章考虑应用变截面铺层优化设计方法从结构尺寸和铺层设计两方面对机翼结构进行结构-材料一体化优化设计。首先，对某三梁多肋式机翼结构进行了仿真分析，确定了优化方向。其次，结合优化区域，采用变截面铺层优化方案，确定了变截面尺寸结构和变截面最优铺层方案。最后，对优化前后的机翼结构仿真结果对比分析，发现机翼质量降低了30.43%，最大应力降低了27.61%、失效指数降低了54.72%，翼尖最大变形量增大了15.48%，且远满足设计要求。

关键词：复合材料；无人机；机翼；轻量化；遗传算法

中图分类号：V279  文献标志码：A

0 引言

随着无人机产业的快速发展，提高无人机性能和飞行效率的需求是无人机制造商持续关注的问题。机翼作为无人机主承力结构，承担了无人机大约70%的气动载荷，是主要的升力部件，其结构性能对整个无人机的飞行性能起着决定性的作用［1］。因此，保证结构强度的情况下，具有轻量化、高刚度特性的机翼结构是提高无人机各项性能的关键要素。

新型轻质高强材料中，碳纤维复合材料具备结构整体成型等特性，可大幅减少零件和紧固件数量，简化连接和装配，实现材料、功能、结构的一体化设计［2］。刘峰等［3］设计了一款常规气动布局的三机身结构碳纤维复合材料太阳能无人机，并结合铺层优化，机翼有效地减重12.3%。Teng等［4］利用代理模型对某长航时无人机机翼进行多目标多学科优化，与基准翼相比，气动性能提高20%，结构重量减轻43%。……