设计仿真 | 复合材料微型无人机着陆过程中的低速冲击分析

在这项研究中，通过使用 MSC Dytran 的显式有限元分析，研究了无人驾驶微型飞行器对土壤和刚性地面的低速冲击的腹部着陆。微型无人机在其腹部降落在砾石、沥青、水泥、草地和硬土上时，由于阵风等人无法控制的原因，在着陆过程中可能会受到低速冲击。因此，该研究的主要目的是研究低速冲击载荷对飞行器结构的影响，并为设计过程做出贡献。分别针对机身和机身-机翼组合有无内部加强件进行了微型无人机的低速冲击分析，并检查了向分析模型添加不同子结构的效果。通过显式有限元分析，确定了实际飞行试验中机身与后尾梁之间因硬着陆而经常出现的、事先无法预测的损伤区。通过显式有限元分析确定特定失效区域为改进设计提供了有价值的信息。

下图显示了腹部着陆时的微型无人机和损坏区域的位置以及硬着陆时经历的实际故障。

下图显示了机身在没有任何内部加固的情况下降落在刚性地面上的示例模拟结果。

撞击后 0.04 秒后显示了 Von-Misses 应力轮廓和机身变形形状。在没有任何内部加固物的情况下有明显的向地面方向的变形。这种变形在腹部着陆无人机中非常关键，因为在着陆期间机翼不得接触地面，直到飞行器停止。

MSC-Dytran 模拟允许设计团队预测尾梁中故障区域的大致位置。下图显示了尾梁中累积的应力。

应力积聚的预测位置几乎与硬着陆后观察到的实际失效区域一致。通过 MSC-Dytran 显式有限元分析预测失效区域为尾梁的设计改进提供了有价值的信息。