六旋翼植保无人机旋翼折叠机构有限元分析及拓扑优化

为实现某六旋翼植保无人机轻松折叠和轻量化设计的目标,以该六旋翼植保无人机旋翼折叠机构为研究对象,采用ANSYS Workbench有限元软件对其进行静态特性分析和模态分析,得到静力学分析结果和前6阶固有频率及对应振型。随后进行拓扑优化,对旋翼折叠机构进行去除材料的形状优化,根据拓扑优化云图在SolidWorks中对其形状尺寸修整和三维模型重建,将优化后的旋翼折叠机构三维模型再次导入ANSYS Workbench有限元软件进行静力学计算和模态分析,对优化前、后旋翼折叠机构的静力学特性和动态特性进行对比与分析。结果表明,旋翼折叠机构质量由最初的152.98 g减少至140.22 g,六旋翼植保无人机总重减少76.56 g;全新的旋翼折叠机构强度与刚度均在许用应力范围内,并且该机构在工作中不会发生共振,确定拓扑优化的可行性。     

六旋翼植保无人机飞行框架的结构设计与试验

为了达到无人机轻量化的要求，以碳纤维材质为机身主体，设计了一套六旋翼植保无人机的飞行框架。基于ANSYS对该框架关键结构部件的刚度和强度进行了静力学分析，根据分析结果，将单层中心固定板改为了双层结构并在机臂之间加入了加强筋。分析表明：优化设计后，无人机中心板形变量降低了104.36倍，最大应力降低了13.15倍，而质量仅增加了1.9%。最后通过实际飞行振动试验，基于LabVIEW对植保无人机机身3个不同位置竖直方向的振动信号进行小波变换降噪处理和时、频域计算评估，振动最大RMS值为1.69 g，小于飞行控制系统振动报警阈值2.5 g，表明其在稳定性和操控能力上具有良好的表现。