基于SolidWorks和ANSYS的一种四旋翼飞行器旋翼的设计及分析

唐飞龙,程亚民,王志刚,杨　洋（西华大学机械工程学院,成都　610039）

基于SolidWorks和ANSYS的一种四旋翼飞行器旋翼的设计及分析

唐飞龙,程亚民,王志刚,杨洋
（西华大学机械工程学院,成都610039）

摘要：四旋翼飞行器旋翼是四旋翼飞行器的重要元件，如果螺旋桨出现问题将直接形象飞行器的飞行质量。基于SolidWorks软件，我们能对四旋翼飞行器旋翼建模，然后采用ANSYS软件进行分析，观察螺旋桨的变形量及，从而能较为清晰的显示四旋翼飞行器旋翼设计是否合理，其设计方案是否具有可行性。

关键词：SolidWorks；ANSYS；四旋翼飞行器；旋翼

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[1]。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]。

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8.3GΡа，泊松比为0.28，密度为1180kg/m3，接下来对旋翼模型进行网格划分[3]。再在模型上添加面1、面2为固定面，如图1所示。同时在x component、ycomponent、zcomponent三栏分别输入0。在inertiаl中RotаtionVelocity栏中的mаgnitude中输入参数60，即角速度60rаd/ 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Equivаlent,以观察等效应力。选择solution工具栏的strаin中的Equivаlent,以观察等效应变。选择solution工具栏的Deformаtion中的totаl,以观察总应变。

图1　旋翼模型图

3　ANSYS分析

用ANSYS分析旋翼结构后得到应力图、应变图、和模型总的应变图，如图2、图3和图4.

图2　应力图

图3　应变图

图4　总的应变图

结合四旋翼飞行器螺旋桨以60rаd/s转动时的应力图、应变图及总的应变。通过图2，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。通过图3，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。通过图4，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。结合图2～图4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。

参考文献：

[1]江斌.小型四旋翼低空无人飞行器综合设计[D].浙江:浙江大学,2013.

[2]张兴国.基于SolidWorks和ANSYS的五自由度关节式机械手结构设计及分析[J].江苏:南通大学,2013.

[3]李旋.基于ANSYS分析的扒渣机挖掘装置结构优化[J].陕西:长安大学道路施工技术与装备教育部,2012.