基于SolidWorks和ANSYS的一種四旋翼飛行器旋翼的設計及分析

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，如果螺旋槳出現問題將直接形象飛行器的飛行質量。基于SolidWorks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計是否合理，其設計方案是否具有可行性。

關鍵詞：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構緊湊、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,及姿態保持能力強等優點,在軍事和民用多個領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，且四個旋翼的結構和半徑都相同，旋翼1和旋翼3逆時針旋轉，旋翼2和旋翼4順時針旋轉，四個旋翼的設計對四旋翼無人飛行器的最大載重和平衡性有著重要關系，由于我們無法直觀的用肉眼分析旋翼設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計及分析，由于ANSYS三維建模效率低，因此采用SolidWorks進行設計后，再導入ANSYS進行相關分析和處理[2]。

2　旋翼模型建立及調用

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中輸入參數60，即角速度60rаd/ s。以螺旋槳中心孔的軸線為旋轉軸。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分析旋翼結構后得到應力圖、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

結合四旋翼飛行器螺旋槳以60rаd/s轉動時的應力圖、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。結合圖2～圖4分析可以得出旋翼設計安全可靠。

4　結束語

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，為螺旋槳的結構優化提供了必要的參數。

參考文獻：

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

[2]張興國.基于SolidWorks和ANSYS的五自由度關節式機械手結構設計及分析[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構優化[J].陜西:長安大學道路施工技術與裝備教育部,2012.