淺談基于SolidWorks 和ANSYS 的一種四旋翼飛行器旋翼的設(shè)計及分
1、前言
四旋翼無人飛行器是一種結(jié)構(gòu)緊湊、飛行方式獨特的垂直起降式飛行器, 因其起飛降落所依賴空間小, 及姿態(tài)保持能力強(qiáng)等優(yōu)點, 在軍事和民用多個領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。四旋翼飛行器采用四個旋翼作為飛行的直接動力源，旋翼對稱分布在機(jī)體的前后、左右四個方向，四個旋翼處于同一高度平面，且四個旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，旋翼1 和旋翼3 逆時針旋轉(zhuǎn)，旋翼2 和旋翼4 順時針旋轉(zhuǎn)，四個旋翼的設(shè)計對四旋翼無人飛行器的最大載重和平衡性有著重要關(guān)系，由于我們無法直觀的用肉眼分析旋翼設(shè)計是否能夠滿足要求，所以筆者采用ANSYS 對一種四旋翼飛行器的螺旋槳進(jìn)行設(shè)計及分析，由于ANSYS 三維建模效率低，因此采用SolidWorks 進(jìn)行設(shè)計后，再導(dǎo)入ANSYS 進(jìn)行相關(guān)分析和處理。
2、旋翼模型建立及調(diào)用
四旋翼飛行器螺旋槳主要是由SolidWorks 軟件建立三維模型。將模型體在SolidWorks 中另存為X_T 格式，然后啟動ANSYS 軟件，在對話框中導(dǎo)入四旋翼飛行器旋翼模型X_T 文件。定義單元類型，采用三維實體單元，然后定義材料屬性，定義彈性模量為 8.3 GPa，泊松比為 0.28，密度為 1180 kg/m3，接下來對旋翼模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。再在模型上添加面1、面2 為固定面。同時在xcomponent、y component、z component 三欄分別輸入0。在inertial中Rotation Velocity 欄中的magnitude 中輸入?yún)?shù)60，即角速度60rad/s。以螺旋槳中心孔的軸線為旋轉(zhuǎn)軸。在后處理階段選擇solution 工具欄的stress 中的Equivalent, 以觀察等效應(yīng)力。選擇solution 工具欄的strain 中的Equivalent, 以觀察等效應(yīng)變。選擇solution 工具欄的Deformation 中的total, 以觀察總應(yīng)變。
3、ANSYS 分析
結(jié)合四旋翼飛行器螺旋槳以60rad/s 轉(zhuǎn)動時的應(yīng)力圖、應(yīng)變圖及總的應(yīng)變。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的應(yīng)力分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的.應(yīng)變分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加，應(yīng)變可以看出與應(yīng)力大致吻合。我們可以看出螺旋槳螺旋槳的總應(yīng)變分布，其中顏色有藍(lán)色到紅色逐漸增加。分析可以得出旋翼設(shè)計安全可靠。
4、結(jié)束語
本文以四旋翼飛行器螺旋槳為研究對象，先用SolidWorks 軟件對四旋翼飛行器螺旋槳進(jìn)行建模，然后將SolidWorks 模型導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行螺旋槳的受力分析，最后得出四旋翼飛行器螺旋槳的所受的應(yīng)力圖、應(yīng)變圖及總的應(yīng)變，為螺旋槳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了必要的參數(shù)。
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