CN111959743A - 一种仿生无人机机身承载结构 - Google Patents

一种仿生无人机机身承载结构 Download PDF

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CN111959743A CN202010852272.XA CN202010852272A CN111959743A CN 111959743 A CN111959743 A CN 111959743A CN 202010852272 A CN202010852272 A CN 202010852272A CN 111959743 A CN111959743 A CN 111959743A
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林开杰
顾冬冬
吴立斌
董伟菘
杨建凯
全景峰
袁鲁豪
石新宇
方亚美
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开一种仿生无人机机身承载结构，其特征在于，由中心到外围依次包括多级加强筋，并且中心到外围每一级加强筋的数量逐渐增加；外一级的多个加强筋连接在内一级的一个加强筋上，同一级的多个加强筋在同一平面内相互发散分开。本发明是根据仿生学原理，并基于王莲叶脉结构特征设计成一种新型的仿生无人机机身承载结构，由于仿王莲叶脉的加强筋具有特殊的分布和排列，当结构与气流相互接触时，受到冲击载荷的作用，在加强筋的作用下，冲击载荷的传递方式和位置发生改变，有效的缓解了应力集中，合理分布了冲击过程中产生的能量，提高了结构的抗冲击性能。

Description

一种仿生无人机机身承载结构
技术领域
本发明涉及仿生结构工程技术领域，具体涉及一种无人机机身承载结构。
背景技术
随着科技的发展，无人机技术越来越成熟，在越来越多的领域都使用到了无人机。与载人飞机相比，无人机具有体积小、造价低、使用方便、对环境要求低等优点。无人机按应用可分为民用和军用，军用方面，无人机分为侦察机和靶机，民用方面，目前在航拍、农业、植保、新闻报道等领域具有广泛的应用。但是，在民用上，用于快递运输和救灾救援的无人机还没有得到广泛的应用，目前，现存的无人机普遍存在不能稳定续航大载重的问题，严重限制了无人机的使用范围和活动范围。因此，如何解决无人机承重和续航的问题是无人机用于快递运输和物资运输领域的关键。
发明内容
本发明目的在于提供一种仿生无人机机身承载结构，解决无人机在应用于快递运输和物流运输领域时承载能力不足的问题。
具体的技术方案：
一种仿生无人机机身承载结构，其特征在于，由中心到外围依次包括多级加强筋，并且中心到外围每一级加强筋的数量逐渐增加；外一级的多个加强筋连接在内一级的一个加强筋上，同一级的多个加强筋在同一平面内相互发散分开。
本发明所述仿生无人机机身承载结构，主要是仿生王莲叶脉的结构，由很多分级的加强筋组成，加强筋呈网状分布，交错倾斜排布，是增强机身承载能力的主要加强件。
进一步的，由中心到外围每一级加强筋的宽度呈梯度减小。
进一步的，由中心到外围每一级加强筋的高度呈梯度减小。
即，所述机身结构的加强筋的高度均为15mm，每一级加强筋的宽度呈梯度变化，最大宽度为10mm。
或者，所述机身结构每级的加强筋的宽度是不变的，加强筋的高度呈梯度变化，最大高度为15mm，最小高度为5mm。
或者，所述机身结构的加强筋的宽度和高度呈梯度变化，最大高度为15mm，最小高度为5mm，最大宽度为10mm。
优选的，同一级的加强筋中，相邻的加强筋之间的夹角在30°～50°之间。
本发明中，加强筋作为机身结构的主要加强件，承受着机身受到的绝大部分的外加载荷，同时在加强筋上还可以装配无人机的旋翼，加强筋呈网状结构且分级，保证了整体结构的稳定性，同时，加强筋还可以抵御外部的冲击承载。当受到外部载荷的冲击时，加强筋由于其特殊的网状结构有效的实现了应力分散和载荷传递，合理分布了冲击过程中产生的能量，因此结构具有优良的承载能力。
有益效果：本发明以仿生学为出发点，受王莲叶脉结构特征启发，设计出一种基于仿生的无人机机身承载结构，经有限元分析得出结构具有良好的承载能力，此外这样的结构设计还实现了结构的轻量化，降低了制造和使用成本。
本发明是根据仿生学原理，并基于王莲叶脉结构特征设计成一种新型的仿生无人机机身承载结构，由于仿王莲叶脉的加强筋具有特殊的分布和排列，当结构与气流相互接触时，受到冲击载荷的作用，在加强筋的作用下，冲击载荷的传递方式和位置发生改变，有效的缓解了应力集中，合理分布了冲击过程中产生的能量，提高了结构的抗冲击和承载性能。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的俯视图；
图3为本发明实施例2的结构示意图；
图4为本发明实施例2的俯视图；
图5为本发明实施例3的结构示意图；
图6为本发明实施例3的俯视图；
图7为本发明实施例1～3的承载过程折线图；
图8为本发明实施例1～3的承载性能柱状图
图9为本发明实施例1～3的冲击效率统计图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1和图2，一种仿生无人机机身承载结构，由分级的加强筋组成，加强筋呈网盘状分布，网盘半径为100mm，加强筋的高度和宽度呈梯度分布，最中心的最大高度为15mm，最外围的最小高度为5mm，最大宽度为10mm；
加强筋为主要承载构件，是致密的整体结构，加强机身的承载能力，同时还可以与无人机上其他构件形成机械连接，提高承载结构的稳定性。
实施例2：
如图3和图4，一种仿生无人机机身承载结构，由分级的加强筋组成，加强筋呈网盘状分布，网盘半径为100mm；加强筋的高度呈梯度变化，每级加强筋的宽度是不变的，最中心的最大高度为15mm，最外围的最小高度为5mm；
加强筋为主要承载构件，是致密的整体结构，加强机身的承载能力，同时还可以与无人机上其他构件形成机械连接，提高承载结构的稳定性。
实施例3：
如图5和图6，一种仿生无人机机身承载结构，由分级的加强筋组成，加强筋呈网盘状分布，网盘半径为100mm；每级加强筋的宽度呈梯度变化，高度保持不变，最中心的最大宽度为10mm，高度为15mm；
加强筋为主要承载构件，是致密的整体结构，加强机身的承载能力，同时还可以与无人机上其他构件形成机械连接，提高承载结构的稳定性。
实施例1～3的仿生无人机机身承载结构的性能表征方法，具体步骤如下，
对仿生无人机机身结构进行机械性能研究，通过实验测试获得SLM成形的AlSi10Mg力学性能参数，包括抗拉强度，弹性模量等参数，将材料参数输入到有限元分析软件LS-DYNA中，通过优化分析确定网格的大小，施加固定约束和压缩速度等边界条件，最后求解结构在压缩过程中的承载能力和力学性能。如图7所示。
性能表征方法是采用LS-DYNA有限元分析技术，模拟现实中的实验情况和条件，对仿生结构的机械性能进行研究，同时提出了一种有限元预测方法，实现了对结构性能的预测及分析，可以有效地降低发明成本，提高发明效率。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1.一种仿生无人机机身承载结构，其特征在于，由中心到外围依次包括多级加强筋，并且中心到外围每一级加强筋的数量逐渐增加；外一级的多个加强筋连接在内一级的一个加强筋上；同一级的多个加强筋在同一平面内相互发散分开。
2.根据权利要求1所述的仿生无人机机身承载结构，其特征在于，由中心到外围每一级加强筋的宽度呈梯度减小。
3.根据权利要求1所述的仿生无人机机身承载结构，其特征在于，由中心到外围每一级加强筋的高度呈梯度减小。
4.根据权利要求1到3任一项所述的仿生无人机机身承载结构，其特征在于，同一级的加强筋中，相邻的加强筋之间的夹角在30°～50°之间。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115072009A (zh) * 2022-06-13 2022-09-20 南京航空航天大学 一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205931218U (zh) * 2016-04-05 2017-02-08 零度智控（北京）智能科技有限公司 无人机机体及无人机
CN206068125U (zh) * 2016-09-29 2017-04-05 苏锦明 无人机壳体
CN209385404U (zh) * 2019-01-21 2019-09-13 奥克斯空调股份有限公司 一种轮毂、轴流风叶及空调器
CN110990945A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 武汉理工大学 一种汽车车顶盖加强筋仿生结构设计方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205931218U (zh) * 2016-04-05 2017-02-08 零度智控（北京）智能科技有限公司 无人机机体及无人机
CN206068125U (zh) * 2016-09-29 2017-04-05 苏锦明 无人机壳体
CN209385404U (zh) * 2019-01-21 2019-09-13 奥克斯空调股份有限公司 一种轮毂、轴流风叶及空调器
CN110990945A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 武汉理工大学 一种汽车车顶盖加强筋仿生结构设计方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115072009A (zh) * 2022-06-13 2022-09-20 南京航空航天大学 一种仿生王莲叶脉结构的足垫支撑

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