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旋翼剖面结构的优化简介

[size=4][size=4]本帖转自中国旋翼机官方网（[url]http://www.xuanyiji.com/[/url]）
转帖请注明出处！！（尊重别人的劳动成果）
感谢爱好者   hhe[/size]
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[size=4]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！！[/size]

[size=4]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[/size]
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此主题相关图片如下：sample.jpg[/size]

[size=4]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。[/size]
[size=4]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？[/size]
[size=4]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。[/size]
[size=4]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。[/size]
[size=4]步骤1：[/size]
[size=4]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）[/size]
[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/20088172351235244.jpg[/img]
此主题相关图片如下：yixing.jpg[/size]
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[size=4]步骤2：[/size]
[size=4]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。[/size]
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此主题相关图片如下：mesh1.jpg[/size]
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[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881820402579543.png[/img][/size]
[size=4]此主题相关图片如下：mesh2.png[/size]
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[size=4]步骤3：[/size]
[size=4]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）[/size]
[size=4]载荷以及约束方式（固定方式）都是假想的。[/size]
[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881821251846994.jpg[/img]
此主题相关图片如下：loading.jpg[/size]

[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881918375922411.jpg[/img]
此主题相关图片如下：loading2.jpg[/size]
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[size=4]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）[/size]
[size=4]此主题相关图片如下：result_update.jpg
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[size=4]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[/size]
[size=4]步骤4：[/size]
[size=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。[/size]
[size=4](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）[/size]
[size=4]最终优化结果[/size]
[size=4]（蓝色区域可以掏空，红色区域需要有材料支撑）[/size]
[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881919151011677.jpg[/img]
此主题相关图片如下：opt_result1.jpg[/size]
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[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881919184613248.jpg[/img]
此主题相关图片如下：opt_result2.jpg[/size]
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[size=4]步骤5：[/size]
[size=4]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。[/size]
[size=4]（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）[/size]
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[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881919531195602.jpg[/img][/size]
[size=4]此主题相关图片如下：design.jpg[/size]

[size=4]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）[/size]
[size=4]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。[/size]
[size=4][img]http://www.xuanyiji.com/UploadFile/2008-8/200881919582523437.jpg[/img]
此主题相关图片如下：design_stress.jpg[/size]
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[size=4]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。[/size]

[size=4]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。[/size]
[size=4]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。[/size][/size]

好东西！flo.gif 受教学习了！谢谢！smile01.gif

就是啊

应该是个不错的参考软件

能找到标准的材料,旋以机的旋翼像他这样作就够了.

研究精神值得學習smile0.gif

是否应该把旋翼切割空气的横向阻力考虑进去?

老外这个旋翼怎么像钢板作的呢？

[quote]原帖由 [i]我心飞翔2[/i] 于 2008-11-27 09:07 发表 [url=http://www.cnfunfly.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=25528&ptid=1709][img]http://www.cnfunfly.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
老外这个旋翼怎么像钢板作的呢？ [/quote]

前面是挤压的铝型材，后面是铝板弯折的结构，两部分用铆钉铆接起来。

国内有人做了一批整体挤压的铝制旋翼型材。

钢材和铝材混合起来做旋翼很困难，因为它们的弹性模量相差3倍，受力不会协调变形的。

[quote]原帖由 [i]优索文化[/i] 于 2008-11-22 13:40 发表 [url=http://www.cnfunfly.com/bbs/redirect.php?goto=findpost&pid=24927&ptid=1709][img]http://www.cnfunfly.com/bbs/images/common/back.gif[/img][/url]
是否应该把旋翼切割空气的横向阻力考虑进去? [/quote]


阻力比升力小得多（5％不到我估计）。而且浆的横向抗弯能力远大于纵向。所以两个方向引起的应力相差太大（1％不到），没必要考虑。
而且纵向上因存在强大的离心力，横向失稳的可能性也没有。