无人机全复合材料机翼的结构有限元分析

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1、2009年12月强度与环境Dec.2009第36卷第6期STRUCTURE&ENVIRONMENTENGINEERINGVol.36,No.6无人机全复合材料机翼的结构有限元分析11211安国锋吕胜利赵庆兰张伟李斌（1西北工业大学航空学院，西安710072；2西安邮电学院，西安710061）摘要：为满足UAV机翼的结构强度及隐身要求，机翼采用全复合材料结构，在目前的无人机机翼结构的材料性能、载荷等条件下，对机翼进行了静强度及动力学分析，通过应用有限元分析软件和计算软件对全复合材料机翼进行了建模和静强度分析与动力学分析。关键词：全复合材料机翼；静强度；动力学分析中图分类号：O343

2、.9文献标识码：A文章编号：1006-3919(2009)06-0040-05FiniteelementanalysisforallcompositeswingsofUAV11211ANGuo-fengLVSheng-liZHAOQing-lanZHANGWeiLIBin(1SchoolofAeronautics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China;2Xi’anInstituteofPost&Telecommunications,Xi’an710061,China)Abstract:Inordertosati

3、sfywingstructuralstrengthandstealthrequirement,allcompositeswingswerechosetoanalyzestaticintensityanddynamics.Thewingwasmadestaticintensityanddynamicsanalysisforstructuralstrengthandloadconditionofactualnewwing.Alsowehavemademodeling,staticstrengthanddynamicsanalysiswithfiniteelementanalysis’

4、ssoftwareandComputation’ssoftware.Keywords:allcompositeswings;staticintensity;dynamics1引言无人机UAV（UnmannedAerialVehicles）包括无人作战飞机UCAV（UninhabitedCombatAerialVehicles）是当今世界上军用武器发展的一个热点。20世纪60年代开始，无人机首先用于军事侦察，此后无人机先后参加了越南战争，中东战争，海湾战争，科索沃战争和伊拉克战争，都发挥了相当的作用。无人机作为一种新型的航空作战武器，从机体平台技术观点看其具有下列共同的技术特点和要

5、求，低成本，轻结构，高隐身，长航时，高使用寿命，长储存寿命，对与无人作战飞机来讲还有高机动，大过载的要求，上述特点和要求决定了我们在设计机体结构中必须使用大量的复合材料来提高飞机的机体参数和飞行参数。据大概统计，世界上各种各样的无人机，无人侦察机，靶机，无人作战飞机以及微型无人机和各种民用无人机均无一例外地大收稿日期：2008-12-24；修回日期：2009-09-10作者简介：安国锋（1982-），男，硕士，研究方向：固体力学；（710072）西北工业大学661信箱.第36卷第6期安国锋等无人机全复合材料机翼的结构有限元分析41量使用了复合材料，有些甚至是全复合材料无人机。所以

6、复合材料是无人机机体结构的的关键，[1-3]同时也影响着各种无人机的发展。而本文选用先进的QY9511/T800复合材料进行全复合材料[3]机翼建模，进行其静强度和动力学分析。建模中的机翼未采用传统的梁肋式等结构形式，采用[4]了复合材料铺层结构，所以在有限元分析中采用了体元建模的方式。材料属性，根据纤维和基[5]体的材料参数和体积含量，运用混合定则，得出整个复合材料机翼结构的等效模量，在突出复[6-8]合材料可设计性的基础上，对全复合材料的机翼结构的宏观材料属性进行了正确的定义，通过有限元分析，其静强度和动强度都大大超出了普通无人机的机翼要求，从而为未来设计全复合材料机翼的无人

7、机提供可靠的参考依据。表1QY9511/T800复合材料力学性能2机翼复合材料的选择性能温度（℃）典型值初步设计中的UAV机翼具有较大的展弦比（展弦比为拉伸强度202741MPa14），所以在材料的选择上要求具有较大的刚度。由于全复拉伸模量20163GPa合材料机翼作为主承力结构，所以在材料的选择上要求具有较大的强度。通过对现有的复合材料性能的查找和比较，压缩强度201513MPa选用了在现有先进战斗机中用的QY9511/T800复合材料。压缩模量20163GPa其主要材料性能如