UAV Structure Improvement for Protection of Critical System

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1、学校代码10699分类号TB122密级学号2014410017题目UAVStructureImprovementforProtectionofCriticalSystem作者MohamedZahran学科、专业SolidMechanics指导教师ProfessorXuePu申请学位日期June,2017西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：UAVStructureImprovementforProtectionofCriticalSystem作者：MohamedZahran学科专业：SolidMechanics

2、指导教师：ProfessorXuePu2017年6月UAVStructureImprovementforProtectionofCriticalSystemByMohamedZahranUndertheSupervisionofProfessorXuePuADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyinEngi

3、neeringXi’anP.R.ChinaJune,2017摘要摘要随着无人机的迅速发展，对其高事故率的关注日益增加，如何提高防护等级和安全水平越来越受到人们的重视。因此，本文的主要目标是提高无人机机身结构的耐撞性，以提高无人机在非正常着陆/事故情况下重要系统的安全性。本论文首先对相关的研究成果进行综述；然后，在深入了解薄壁结构的冲击响应和能量吸收特性的基础上，开发了新的能量吸收定制设计技术,提出了新型能量吸收元件结构；最后，对无人机机身结构在不同撞击着陆条件下的响应进行了分析研究，并对设计的无人机机身进行了耐撞性设

4、计的改进，比较了设计的机身结构和改进的机身结构对不同碰撞着陆条件下的冲击响应。研究结果表明，通过新的定制能量吸收设计技术、有效的变形触发机制，以及高效的能量吸收元件，改进的无人机机身可以实现更好的耐撞性性能，减少传递到关键系统的最大加速度高达40%，与最大允许加速度相比低于20%。其原因是薄壁支撑结构本身承载能量和能量吸收能力，它的使用改进了重要部件周围内部结构的载荷路径，改善了机身结构重要部件周围的结构的刚度和强度。此外，在薄壁支撑结构添加的横向加筋也可强化机身结构，提高其抗剪能力。同时，薄壁支撑构件在承受斜冲击的

5、情况下，也能吸收冲击能量，重新分配载荷路径，对加速度过载有显著影响。本论文的研究成果是从对吸能组件和吸能技术的深入研究中得出的。在本文中，提出了一种根据需求定制的能量吸收设计技术，并通过试验验证了其通用性及有效性。使用新的设计技术可使设计师在防撞保护结构设计中提高设计的灵活性，是一种有效的、适用于宽范围的抗冲击系统设计方法。本研究提出了三种新的薄壁结构吸能构件(Multi-stagetubularstructure-3D-Multi-cellstructure-Stiffenedsteppedtubestructur

6、e)，研究了新型吸能元件的吸能机理和对冲击载荷的响应。通过与理论预报及文献中的试验结果比较表明，新设计的能量吸收元件具有更好的能量吸收性能和耐撞性。IAbstractAbstractTherapiddevelopmentofunmannedaerialvehicles(UAVs)hasbeenaccompaniedbyincreasedattentiontotheirhighaccidentratesandmoreattentionabouthowtoincreasetheprotectionandsafetylev

7、els.Therefore,themainobjectiveofthepresentthesisistoimprovethecrashworthinessoftheUAVfuselagestructurewithaimofprotectingtheUAVonboardvaluableandcriticalsystem/payloadincaseofabnormallanding/accidents.Forsakeoftheobjectiveoutlined,thecurrentthesisisdividedintot

8、hreeparts.Inthefirstpart,thestate-of-the-artoftheformerresearcheswhicharerelatedtothethesis’sscopeiscarriedout.Thesecondpartofthisstudyincludesadeepunderstandingoftheimpactr