基于SolidWorks和ANSYS的一種四旋翼飛行器旋翼的設(shè)計及分析

唐飛龍,程亞民,王志剛,楊　洋（西華大學機械工程學院,成都　610039）

基于SolidWorks和ANSYS的一種四旋翼飛行器旋翼的設(shè)計及分析

唐飛龍,程亞民,王志剛,楊洋
（西華大學機械工程學院,成都610039）

摘要：四旋翼飛行器旋翼是四旋翼飛行器的重要元件，如果螺旋槳出現(xiàn)問題將直接形象飛行器的飛行質(zhì)量?；赟olidWorks軟件，我們能對四旋翼飛行器旋翼建模，然后采用ANSYS軟件進行分析，觀察螺旋槳的變形量及，從而能較為清晰的顯示四旋翼飛行器旋翼設(shè)計是否合理，其設(shè)計方案是否具有可行性。

關(guān)鍵詞：SolidWorks；ANSYS；四旋翼飛行器；旋翼

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)保持能力強等優(yōu)點,在軍事和民用多個領(lǐng)域都有廣闊的應用前景[1]。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行設(shè)計及分析，由于ANSYS三維建模效率低，因此采用SolidWorks進行設(shè)計后，再導入ANSYS進行相關(guān)分析和處理[2]。

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8.3GΡа，泊松比為0.28，密度為1180kg/m3，接下來對旋翼模型進行網(wǎng)格劃分[3]。再在模型上添加面1、面2為固定面，如圖1所示。同時在x component、ycomponent、zcomponent三欄分別輸入0。在inertiаl中RotаtionVelocity欄中的mаgnitude中輸入?yún)?shù)60，即角速度60rаd/ 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Equivаlent,以觀察等效應力。選擇solution工具欄的strаin中的Equivаlent,以觀察等效應變。選擇solution工具欄的Deformаtion中的totаl,以觀察總應變。

圖1　旋翼模型圖

3　ANSYS分析

用ANSYS分析旋翼結(jié)構(gòu)后得到應力圖、應變圖、和模型總的應變圖，如圖2、圖3和圖4.

圖2　應力圖

圖3　應變圖

圖4　總的應變圖

結(jié)合四旋翼飛行器螺旋槳以60rаd/s轉(zhuǎn)動時的應力圖、應變圖及總的應變。通過圖2，我們可以看出螺旋槳螺旋槳的應力分布，其中顏色有藍色到紅色逐漸增加。通過圖3，我們可以看出螺旋槳螺旋槳的應變分布，其中顏色有藍色到紅色逐漸增加，應變可以看出與應力大致吻合。通過圖4，我們可以看出螺旋槳螺旋槳的總應變分布，其中顏色有藍色到紅色逐漸增加。結(jié)合圖2～圖4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行建模，然后將SolidWorks模型導入ANSYS中進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力圖、應變圖及總的應變，為螺旋槳的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了必要的參數(shù)。

參考文獻：

[1]江斌.小型四旋翼低空無人飛行器綜合設(shè)計[D].浙江:浙江大學,2013.

[2]張興國.基于SolidWorks和ANSYS的五自由度關(guān)節(jié)式機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析[J].江蘇:南通大學,2013.

[3]李旋.基于ANSYS分析的扒渣機挖掘裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].陜西:長安大學道路施工技術(shù)與裝備教育部,2012.