[發(fā)明專利]六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身鋪層設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811047779.7
• 申請(qǐng)日: 2018-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN109190262A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉強(qiáng);黃翊豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 佛山匯能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44410
• 代理人: 張俊平;周詳

本發(fā)明涉及復(fù)合材料無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身鋪層設(shè)計(jì)方法；首先將無(wú)人機(jī)機(jī)身分為旋翼臂、上翼緣、機(jī)身側(cè)壁以及機(jī)身腹板四大區(qū)域；上述區(qū)域分別進(jìn)行鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)，由以下三階段鋪層優(yōu)化方法獲得，首先進(jìn)行自由尺寸優(yōu)化獲得各區(qū)域上每一層鋪層的形狀以及每層的厚度，并按照劃分的區(qū)域形狀進(jìn)行調(diào)整，再對(duì)其進(jìn)行尺寸優(yōu)化得到采用實(shí)際材料厚度的各鋪層的角度、層數(shù)和順序，最后進(jìn)行鋪層順序優(yōu)化通過(guò)調(diào)整鋪層順序來(lái)進(jìn)一步提高機(jī)身整體剛度，最終獲得各區(qū)域的鋪層方案；本發(fā)明將無(wú)人機(jī)機(jī)身分成若干區(qū)域，各區(qū)域再進(jìn)行鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以提高設(shè)計(jì)效率，獲得最輕量化、最合理的鋪層方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身鋪層設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著無(wú)人機(jī)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、以及日常生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如何提升無(wú)人機(jī)的續(xù)航里程成為了最受關(guān)注的問(wèn)題之一，而輕量化作為提升續(xù)航里程的有效途徑成為了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、耐腐蝕等特點(diǎn)，且易實(shí)現(xiàn)一體化制造，現(xiàn)已成為無(wú)人機(jī)機(jī)身最重要的材料。

在民用領(lǐng)域，大部分無(wú)人機(jī)都為多旋翼無(wú)人機(jī)，如圖1所示的為一款六旋翼無(wú)人機(jī)。然而目前在無(wú)人機(jī)機(jī)身鋪層設(shè)計(jì)和工藝操作中，大多是憑借工程師的經(jīng)驗(yàn)，還沒(méi)有形成一套科學(xué)有效的鋪層設(shè)計(jì)方法，特別是由于機(jī)身表面較復(fù)雜，各區(qū)域承載時(shí)的力學(xué)要求并不一樣，如果對(duì)整個(gè)機(jī)身進(jìn)行統(tǒng)一的鋪層設(shè)計(jì)，不僅效率低，而且實(shí)際工藝中鋪層也不方便，因此，迫切需要對(duì)機(jī)身有一個(gè)區(qū)域劃分，在區(qū)域定義好后，再對(duì)各區(qū)域進(jìn)行鋪層優(yōu)化的方法，不僅可以提高效率，獲得較輕的鋪層方案，而且在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中所獲得的鋪層方案易于操作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身的鋪層設(shè)計(jì)方法，通過(guò)本鋪層方案，易于實(shí)現(xiàn)鋪層模塊化；通過(guò)本鋪層方案的設(shè)計(jì)方法，可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員科學(xué)地進(jìn)行鋪層方案設(shè)計(jì)，從而在滿足剛度與強(qiáng)度要求下，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)機(jī)身的最理想輕量化設(shè)計(jì)。

為達(dá)到上述功能，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種六旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身鋪層設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟1、機(jī)身分區(qū)，將無(wú)人機(jī)機(jī)身分為旋翼臂、上翼緣、機(jī)身側(cè)壁以及機(jī)身腹板四大區(qū)域；

步驟2、建立機(jī)身有限元分析模型；

步驟3、自由尺寸優(yōu)化，初步得到旋翼臂、上翼緣、機(jī)身側(cè)壁以及機(jī)身腹板的鋪層形狀和厚度；

步驟4、對(duì)步驟3中得到的各個(gè)區(qū)域的每一層鋪層的厚度和形狀進(jìn)行調(diào)整，刪除不符合實(shí)際制造工藝要求厚度的鋪層，并跟據(jù)已劃分的機(jī)身四大區(qū)域的形狀對(duì)其余鋪層形狀進(jìn)行調(diào)整；

步驟5、對(duì)經(jīng)步驟4調(diào)整后的鋪層進(jìn)行尺寸優(yōu)化，各區(qū)域中每一層的鋪層厚度優(yōu)化成實(shí)際采用的復(fù)合材料厚度，并確定各角度鋪層所占百分比，以獲得各區(qū)域各均勻?qū)拥慕嵌取⒄w層數(shù)和順序；

步驟6、對(duì)各區(qū)域中鋪層順序進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)選地，步驟2中，所述有限元模型的初始鋪層順序?yàn)閇0°/45°/-45°/90°]s且每一層厚度為1mm的超級(jí)層模型，同時(shí)定義優(yōu)化過(guò)程的設(shè)計(jì)工況，并預(yù)定義最終采用的復(fù)合材料厚度為t，其中S為該鋪層順序重復(fù)的次數(shù)，且每一次重復(fù)均與上一輪鋪層關(guān)于中性面對(duì)稱。

優(yōu)選地，所述步驟3中，自由尺寸優(yōu)化以每個(gè)網(wǎng)格單元的厚度作為優(yōu)化變量，以無(wú)人機(jī)機(jī)身許用變形量和鋪層優(yōu)化準(zhǔn)則為約束條件，以無(wú)人機(jī)機(jī)身的質(zhì)量最小作為目標(biāo)函數(shù)，得到每一層厚度不等、形狀也不相同的鋪層方案；其數(shù)學(xué)模型描述為：