旋翼剖面结构的优化简介

chuyalong

本帖转自中国旋翼机官方网（http://www.xuanyiji.com/）
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感谢爱好者   hhe


刚进论坛的时候，发过帖子介绍了一下CAE（计算机辅助分析），可能是因为没有实际的内容，这个工具并不被大家所认同，今天做了个小例子，再次推介一下这种做产品设计的好工具。 案例用的旋翼翼形数据由云山乱提供，多谢！！

对于铝质旋翼，很少见到是实心的。（暂且认为是为了减重吧）如下图

此主题相关图片如下：sample.jpg

这是某老外产的旋翼截面图，截面形式为什么是这样？他们如何确定这样的截面形式？我们是不清楚的。虽然最简单的方法就是可以直接仿制这种翼形。
但是问题在于，1）这样的翼形截面形式一定合理吗？2）我们为什么不能自己确立旋翼的结构形式？
所以此次介绍的这个案例分析目的是找到一个质量最轻，强度与实心旋翼接近的空心旋翼截面形式。
不过请注意，由于载荷条件、边界条件以及旋翼尺寸完全为假设状态，此次分析得到的结果不具备参考作用。
步骤1：
输入翼形数据，将数据点连线，原始数据翼形宽是1，放大200倍，设定翼形宽度为200mm. (如下图）

此主题相关图片如下：yixing.jpg



步骤2：
建立有限元网格，绿色区为旋翼外表，红色区是结构优化的变量区。

此主题相关图片如下：mesh1.jpg




此主题相关图片如下：mesh2.png

步骤3：
先不做截面优化，直接对实心翼做静力载荷作用下的计算，材料使用的是铝，因为是线性分析，材料参数只考虑弹性模量。（由于家里机器太慢，计算模型不能太大，只截取了很小的一段旋翼）
载荷以及约束方式（固定方式）都是假想的。

此主题相关图片如下：loading.jpg


此主题相关图片如下：loading2.jpg


下图是计算后的应力分布结果. (除了采用高强度材料，在设计中改变结构形式，降低零部件应力水平，是提高产品强度和寿命的重要办法）
此主题相关图片如下：result_update.jpg


当前载荷下最高应力（红色区）约为40MPa, 在做减重之后，新结构的应力结果最好不要超过40MPa
步骤4：
设定优化模型，优化目标是旋翼重量最轻，变量是图示红色区域，对于优化的约束是新结构的应力水平不超过40MPa，结构的形成考虑了挤塑方向。
(这是拓扑优化的方法，不太懂它的原理是什么，只知道怎么运用）
最终优化结果
（蓝色区域可以掏空，红色区域需要有材料支撑）

此主题相关图片如下：opt_result1.jpg


此主题相关图片如下：opt_result2.jpg

步骤5：
根据优化结果，掏空旋翼部分材料，如下图，再做一次静力分析。
（通常这个阶段出来的设计还要考虑到制造的可行性，因为对于制造没有太多经验，就凭想象抠了一个）


此主题相关图片如下：design.jpg

计算结果 （最高应力水平与完全实心的旋翼结果相当，40MPa左右）
结论就是这种空心的翼形截面虽然材料减轻了，但是强度在这种载荷状态下，与实心翼接近。

此主题相关图片如下：design_stress.jpg


再次强调一下由于这个优化设计，所采用的载荷条件，固定条件都是假设状态，所以计算出来的结果不具备参考意义。

CAE是个非常好的工具，很多试验我们都可以在没有成品的状态下做，如果哪些兄弟感兴趣，希望能和你们合作。我自诩是个工程经验丰富的工程师。
因为没有场地，没有制造设备，要造出真正的旋翼机，对我来讲还很遥远。所以做这件事对我来讲也算是再造自己的旋翼机吧。

ly4328887

帮顶......和加油

jxtv3326

楼主，我 也是研究旋翼机的，有兴趣交流下不？QQ:346431639

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