設計仿真 | 復合材料微型無人機著陸過程中的低速沖擊分析
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土耳其航空航天工業/中東技術大學在這項研究中,通過使用 MSC Dytran 的顯式有限元分析,研究了無人駕駛微型飛行器對土壤和剛性地面的低速沖擊的腹部著陸。
MSC Dytran
簡 介
在這項研究中,通過使用 MSC Dytran 的顯式有限元分析,研究了無人駕駛微型飛行器對土壤和剛性地面的低速沖擊的腹部著陸。微型無人機在其腹部降落在礫石、瀝青、水泥、草地和硬土上時,由于陣風等人無法控制的原因,在著陸過程中可能會受到低速沖擊。因此,該研究的主要目的是研究低速沖擊載荷對飛行器結構的影響,并為設計過程做出貢獻。分別針對機身和機身-機翼組合有無內部加強件進行了微型無人機的低速沖擊分析,并檢查了向分析模型添加不同子結構的效果。通過顯式有限元分析,確定了實際飛行試驗中機身與后尾梁之間因硬著陸而經常出現的、事先無法預測的損傷區。通過顯式有限元分析確定特定失效區域為改進設計提供了有價值的信息。
腹部著陸時的微型無人機
下圖顯示了腹部著陸時的微型無人機和損壞區域的位置以及硬著陸時經歷的實際故障。
MSC Dytran 僅機身沒有任何加固的模擬結果
下圖顯示了機身在沒有任何內部加固的情況下降落在剛性地面上的示例模擬結果。
撞擊后 0.04 秒后顯示了 Von-Misses 應力輪廓和機身變形形狀。在沒有任何內部加固物的情況下有明顯的向地面方向的變形。這種變形在腹部著陸無人機中非常關鍵,因為在著陸期間機翼不得接觸地面,直到飛行器停止。
損壞區域的識別
MSC-Dytran 模擬允許設計團隊預測尾梁中故障區域的大致位置。下圖顯示了尾梁中累積的應力。
應力積聚的預測位置幾乎與硬著陸后觀察到的實際失效區域一致。通過 MSC-Dytran 顯式有限元分析預測失效區域為尾梁的設計改進提供了有價值的信息。
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