浅谈基于SolidWorks 和ANSYS 的一种四旋翼飞行器旋翼的设计

浅谈基于SolidWorks 和ANSYS 的一种四旋翼飞行器旋翼的设计及分

　　1、前言

　　四旋翼无人飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器, 因其起飞降落所依赖空间小, 及姿态保持能力强等优点, 在军事和民用多个领域都有广阔的应用前景。四旋翼飞行器采用四个旋翼作为飞行的直接动力源，旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，旋翼1 和旋翼3 逆时针旋转，旋翼2 和旋翼4 顺时针旋转，四个旋翼的设计对四旋翼无人飞行器的最大载重和平衡性有着重要关系，由于我们无法直观的用肉眼分析旋翼设计是否能够满足要求，所以笔者采用ANSYS 对一种四旋翼飞行器的螺旋桨进行设计及分析，由于ANSYS 三维建模效率低，因此采用SolidWorks 进行设计后，再导入ANSYS 进行相关分析和处理。

　　2、旋翼模型建立及调用

　　四旋翼飞行器螺旋桨主要是由SolidWorks 软件建立三维模型。将模型体在SolidWorks 中另存为X_T 格式，然后启动ANSYS 软件，在对话框中导入四旋翼飞行器旋翼模型X_T 文件。定义单元类型，采用三维实体单元，然后定义材料属性，定义弹性模量为 8.3 GPa，泊松比为 0.28，密度为 1180 kg/m3，接下来对旋翼模型进行网格划分。再在模型上添加面1、面2 为固定面。同时在xcomponent、y component、z component 三栏分别输入0。在inertial中Rotation Velocity 栏中的magnitude 中输入参数60，即角速度60rad/s。以螺旋桨中心孔的轴线为旋转轴。在后处理阶段选择solution 工具栏的stress 中的Equivalent, 以观察等效应力。选择solution 工具栏的strain 中的Equivalent, 以观察等效应变。选择solution 工具栏的Deformation 中的total, 以观察总应变。

　　3、ANSYS 分析

　　结合四旋翼飞行器螺旋桨以60rad/s 转动时的应力图、应变图及总的`应变。我们可以看出螺旋桨螺旋桨的应力分布，其中颜色有蓝色到红色逐渐增加。我们可以看出螺旋桨螺旋桨的应变分布，其中颜色有蓝色到红色逐渐增加，应变可以看出与应力大致吻合。我们可以看出螺旋桨螺旋桨的总应变分布，其中颜色有蓝色到红色逐渐增加。分析可以得出旋翼设计安全可靠。

　　4、结束语

　　本文以四旋翼飞行器螺旋桨为研究对象，先用SolidWorks 软件对四旋翼飞行器螺旋桨进行建模，然后将SolidWorks 模型导入ANSYS中进行螺旋桨的受力分析，最后得出四旋翼飞行器螺旋桨的所受的应力图、应变图及总的应变，为螺旋桨的结构优化提供了必要的参数。

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