小型翼结构仿生设计与试验分析

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1、第45卷第3期机械工程学报VO1．45NO．32009年3月JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGMat．2009DoI：1O．3901，JME．2009．03．286小型翼结构仿生设计与试验分析球岑海堂陈五一2(1．内蒙古工业大学机械学院呼和浩特010051；2．北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083)摘要：小型翼结构设计主要是确定翼梁、翼肋的形式、分布和尺寸，以满足机翼结构强度、刚度要求。生物骨架以其结构、材料的合理分布和组合满足生物体的多种功能需求，为飞行器结构仿生

2、设计提供了不竭灵感。叶脉形状为椭圆形空心管，并且尺寸沿轴线逐渐减小，最主要结构特征是倾斜、交错、分叉，以适应不同部位应力分布特点。在分析小型翼结构设计特点的基础上，借鉴叶脉结构特征，利用相似原理，设计仿生型机翼结构。有限元分析表明，仿生机翼比原型机翼具有更高的结构效能。采用选择性激光烧结(Selectivelasersintering，SLS)技术制作原型与仿生型机翼样件，并对其进行静力弯曲试验，与原型机翼相比，仿生型机翼质量、变形、应力都相应减少，证实了小型翼结构仿生设计的有效性和有限元分析的可靠性。关键

3、词：结构仿生小型翼叶脉选择性激光烧结中图分类号：TP12StructuralBionicsDesignandExperimentalAnalysisforSmallWingCENHaitangCHENWuyi2(1．CollegeofMechanicalEngineering，InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051；2．SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，BeihangUniversity,Beiji

4、ng100083)Abstract：Thedesignofsmallwingstructuresismainlytodeterminetheform，distributionanddimensionofwingsparsandribs，SOastoassurethestructuralstrengthandstifness．Bythereasonabledistributionandcombinationoforganismstructuresandmaterials．biologicalskeletons

5、canmeettheneedofmultifunctionoftheorganisms，thusprovidinginexhaustibleinspirationforthestructuralbionicdesignofaircrafts．Theleafveinisintheshapeofhollowellipsetubes．anditssizegraduallyreducesalongtheveinaxis．Tl1emainstructuralfeaturesareslant，staggerandbif

6、urcationinordertoadapttothediferentcharacteristicsofstressdistfibntionindiferentparts．Onthefoundationofanalyzingthecharacteristicsofsmallwingstructuraldesign，byvirtueofthestructurecharacteristicoftheveinandbyusingthesimilartheories，thebionictypewingsaredes

7、igned．Thefiniteelementanalysis(FEA)resultsshowthatthebionictypewinghashigherstructureeficiencythantheprototypewing．Staticstrengthandrigidityexperimentsontheconventionalandbionicsamplesfabricatedwimselectivelasersintering(SLS)process．alecarriedout．Comparedt

8、otheprototypewing，thebionictypewinghaslessweight，stressanddeformation，whichprovestheeffectivenessofstructuralbionicsdesignandthereliabilityofFEA．Keywords：StructuralbionicsSmallwingLeafveinSelectivelasersinter