飞行器结构设计与性能分析

扑翼飞行器翅翼结构设计与气动性能研究

摘要：由于扑翼飞行器在众多领域中具有不可估量的发展前景，是世界许多科研机构重点研发对象。为提高飞行器的飞行性能，分析不同鸟类的分析特点，运用Solidsworks软件构建出单段式、两段式、三段式和拍式四翼单段式的翅翼模型，然后在Fluent软件中进行三维模型瞬态气动性能分析，采用UDF自定义函数和动网格进行仿真模拟计算，得到了不同翅翼的升力系数、阻力系数和升阻比，并对翅翼表面压力场进行分析。由此可知，翅翼自由度越大，翅翼表面相对最大压力值随着翅翼自由度增加而增大，相对最小压力值随着减小。

关键词：扑翼飞行器，翅翼结构，Fluent，气动性能

Abstract：A flapping wing aircraft has an immeasurable development

prospect in many fields, which is a key research and development

object of many scientific research institutions in the world. In order

to improve the flight performance of the aircraft the flighting

characteristics of different birds was analyzed, and the single

section, two-stage, three-stage and beat type four wing single section

wing models was constructed by Solidsworks. Then, the transient

aerodynamic performance of the three-dimensional model was analyzed in

飞行器结构设计与分析

从古至今，人类一直向往飞翔的自由。在现代科技的发展下，人们终于可以驾驭驾机飞翔。而飞机的设计和结构是实现这个愿望的重要关键。

一、飞机的基本结构

飞机是一个巨大而复杂的系统。一个飞机通常由机翼、机身、尾部和发动机组成。机翼是飞机承受飞行重力，并产生升力的部分。机身是飞机的主体组成部分。尾部包括尾翼和尾旋翼，它们控制着飞机的方向和平衡。发动机提供推力，使得飞机向前运动。

二、飞机结构设计中的考虑因素

设计师在设计飞机的结构和布局时，必须考虑到许多因素。一些主要因素包括：机翼升力、阻力、质量、失速和安全等方面。为了达到飞行的目的，飞机的机翼必须能够产生升力和阻力。通常情况下，翼展越长，机翼面积越大，所能产生的升力也会越大。不过，同时也会增加飞机的质量。而当飞机不能在给定的速度和升力下飞行时，就会发生失速。因此，在设计机身和机翼时，必须确保足够的升力和控制面积，以避免飞机失速。

三、飞机结构设计的工程手段

飞机结构设计和分析是一项非常复杂的工程。设计和分析涉及到机械工程、工程力学、材料和制造。在设计和分析的过程中，工程师需要使用一些高级的软件工具，如有限元分析和计算流体力学。有限元分析用于评估和优化飞机结构的力学特性，包括重量、强度和刚度等。而计算流体力学则可以帮助工程师模拟飞机的运动和飞行特性。

四、飞机结构材料 强度和刚度是飞机结构设计的重要考虑因素之一。传统上，飞机的结构使用铝合金制成。不过，近年来，碳纤维和复合材料也开始被广泛使用。复合材料由两种或多种不同材料组成，具有超强的弹性、刚度和重量比。此外，复合材料还有防腐蚀性能好、使用寿命长等优点，因此，在现代飞机制造中正变得越来越流行。

五、结语

总之，飞机结构设计是一项非常复杂的工程。设计师必须考虑各种因素，并使用各种工具和技术来设计合适的飞机结构。在不断的试验和优化中，设计出一个成功的结构，才能使得飞机能够稳定、安全地飞行。

科技论坛　民营科技２０１７年第５期　

多旋翼无人飞行器结构设计分析　

谭剑涛　

（佛山市安尔康姆航空科技有限公司，广东佛山５２８０００）　

摘要：多旋翼无人机由于可控制性能良好、信息传输速度、活动灵活等优势，被广泛应用于勘察、探测、航拍、测绘测量、气象观　

测、自然灾害监测、生态环境保护等领域，其应用前景十分广阔。对多旋翼无人机的结构设计原则和原理进行分析，研究四旋翼无人机　

结构设计的方法，旨在进一步对多旋翼无人机设计进行探讨，促进无人机技术的快速发展。　

关键词：无人机；多旋翼；结构设计　

多旋翼无人机又称为多旋翼无人飞行器，这种飞行器体积较小、　

起降十分自由、运动灵活，可控性很高，因此受到很多领域的欢迎。目　

前，一些航模爱好者都将其作为娱乐项目的一种，无人飞行器更多被　

应用于航拍、测绘测量、监控等领域，有着较高的利用价值。做好旋翼　

无人飞－￣５：Ｎ的结构设计分析和研究工作，有助于完善无人机的设计和　

研发的技术，进而提高无人机的性能，为开创无人机技术和生产新型　

无人机提供有效的依据。　

１　多旋翼无人机机构设计原则　

１．Ｉ设计要合理。无人飞行器属于一种高科技飞行设备，对于整机结　

构设计除了要满足基本任务载荷要求外，还要考虑到飞行器运输的方　

式，包装尺寸要满足大部分中小型汽车的运输体积要求。为了控制运　

输空间，整机结构一般采取折叠和部件拆分来减小包装空间，因此要　

求各部件之间拆装要方便可靠并且不同转向之间部件要防装错。　

１．２设计要采用轻量材质。多旋翼飞行器在设计时要采用轻质的材　

料，材料强度要符合升空设备的要求，要保证主体结构有一定的承载　

能力的同时还要有一定的抗风能力。　

１．３设计要讲究工艺。飞行器要注重结构设计的工艺性，因为工艺会　

影响飞行器的制作成本和生产周期，要使用性价比合适的材料，紧固　

件要尽量选用标准件。　

１４可维修『生。多旋翼飞行器的分离面和开口要预留合理，方便机器　

出现故障能及时进行检修装拆方便。　

务ｌ　訇　化　

四轴旋翼飞行器结构设计与模态分析　

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｑｕａｄｒｏｔｏｒ　ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ　ｆｌｉｇｈｔ　田卫军　，李郁　，何扣芳　，刘恒　，殷锐　

ＴＩＡＮ　Ｗｅｉ－ｊｕｎ’　，ＬＩ　Ｙｕ　，ＨＥ　Ｋｏｕ－ｆａｎｇ　，ＬｌＵ　Ｈｅｎｇ　，ＹＩＮ　Ｒｕｉ　

（１．西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安７１００７２；　２．西北工业大学明德学院，西安７１Ｏ１２４）　摘　要：通过分析四轴旋翼飞行器的飞行原理，基于ＵＧ　ＮＸ环境进行了四轴旋翼飞行器的自顶向下的机　械结构总体设计，并在ＦＥＭ集成模式下对机架的结构模态进行了求解，得到了机架的１　０阶模　态。结果表明：本文设计的快速插接式机架结构，最低自然频率低于振源频率，可以有效避　免振源的激振，且结构比载重余量较大，扩展性高。　关键词：四轴旋翼飞行器；结构设计；振动；模态分析　中图分类号：ＴＨＩ　２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１４）０２（下）一００３７—０３　

Ｄｏｉ：１　０．３９６９／Ｊ．Ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２０１　４．０２（　）．１１　

０引言　

四轴旋翼飞行器属于多旋翼飞行器的一种，　

它以旋桨转速大小来控制姿态的垂直起降飞行　

器。由于四旋翼飞行器具有体积小，重量轻的飞　

行优势，所以在军民两用方面有十分广阔的应用　

前景。军事上主要用于敌情侦察及监视、战场破　

坏评估、当作反辐射和微型攻击武器、诱饵等。　

民用上主要用于航拍、测绘、森林防火、喷洒农　

药等。由于它飞行表现出的优良性能，国内外都　

出现了研究热潮。第一架四旋翼飞行器是由美国　

Ｌｕｔｒｏｎｉｘ与Ａｕｂｕｒｎ大学在ＤＡＲＰＡ（Ｉ￣ｐ国防先进研究　

计划署）的资助下合作研制成功，其可以实现垂直　

起飞和降落，利用叶片在下洗流中的运动进行俯　

仰、横滚和偏航控制；日本东京大学利用ＭＥＭＳ