基于ANSYS参数化语言的升力风扇无人机结构优化设计

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1、第6卷第2期2015年5月航空工程进展ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGV01．6No．2Mav2015文章编号：1674—8190(2015)02—177—06基于ANSYS参数化语言的升力风扇无人机结构优化设计张家华，张炜(西北工业大学航空学院，西安710072)摘要：现代无人机的使用特点对结构重量提出了更高的要求。为了降低无人机的结构重量，针对升力风扇无人机特殊的结构特点及飞行工况，主要考虑无人机各元件的几何尺寸优化，利用ANSYS参数化编程语言APDL，建立升力风扇无人

2、机优化设计的参数化分析程序，实现某升力风扇无人机的参数化建模、载荷加载、求解等分析过程，并对优化结果进行详细分析。结果表明：基于ANSYS参数化编程语言的升力风扇无人机结构优化设计方法是合理的、有效的。关键词：升力风扇；无人机；ANSYS；APDL；尺寸优化中图分类号：V214文献标识码：AStructuralOptimizationDesignofLift—fanUAVBasedonANSYSParameterLanguageZhangJiahua，ZhangWei(SchoolofAeronautics，Northweste

3、rnPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstract：TheusagecharacteristicsofmodernUAVsmakeahigherrequestforreducingthestructuralweight．InordertoreducethestructuralweightofUAV，consideringthespecialstructuralcharacteristicsandflightcon—ditionofthelift—fanUAV，thegeome

4、tryoptimizationofthecomponentsismainlyconducted，SOtheparametricanalysisproceduresforthestructuraloptimizationdesignofthelift—fanUAVwithANSYSparameterdesignlanguage(APDL)areestablished，andtheparametricmodeling，loadingandsolvingoflift—fanUAVarea—chieved，aswellastheresu

5、ltoftheoptimizationareanalyzedindetail．Theresultshowsthatthestructuralop—timizationmethodoflift—fanUAVbasedonAPDLiSreasonableandefficient．Keywords：lift—fan；UAV；ANSYS；APDL；geometryoptimization0引言升力风扇无人机是升力风扇技术在无人机设计中新的应用方向，其兼具短距／垂直起降和高速飞行能力，可以实现固定翼多功能无人机在特殊环境下(例如航母、岛礁

6、等)的常态部署，某型升力风扇无人机三维示意图如图1所示。收稿日期：2014—03—35；修回日期：20150227通信作者：张炜，weizhangxian@nwpu．edu．cnHJ1Jj肛l啪九人

7、}=Jl-维小，盘㈦Fig．1Three-dimensionaldiagramoflift—fanUAV现代无人机的使用特点对结构重量提出了更高的要求，开展升力风扇无人机结构的优化设计研究极为重要。国内外对升力风扇无人机的探索还处于起步阶段，且关于升力风扇无人机结构优化设航空工程进展第6卷计的研究也比较少。屈超[13对碟形无人机主要

8、承力结构进行分析，确定无人机结构存在的问题，并对其结构进行优化设计。该碟形无人机的动力系统承载形式与本文的升力风扇无人机结构类似。结构优化设计的目的在于求解具有最小重量的结构，同时必须满足一定的约束条件，以获得最佳的静力或动力等性态特征[2]。升力风扇无人机不同于普通无人机的机构布置和飞行工况[3。5]，其优化设计工作十分困难。为了降低结构重量、提高结构效率，结合优化设计现状，本文在使用APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)参数化建模的基础上，实现对升力风扇无人机加载、求解的分析过程，并利用AN—

9、SYS的优化模块对升力风扇无人机结构进行优化。1ANSYS参数化编程语言APDL简介APDL是一种通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言，可以很好地用于实现参数化的有限元分析、分析批处理、专用分析系统的二次开发以及设计优化等。基于APDL的优化设计过程是一个反