[发明专利]六旋翼无人机机身铺层设计方法

权利要求书

1.一种六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、机身分区，将无人机机身分为旋翼臂、上翼缘、机身侧壁以及机身腹板四大区域；

步骤2、建立机身有限元分析模型；

步骤3、自由尺寸优化，初步得到旋翼臂、上翼缘、机身侧壁以及机身腹板的铺层形状和厚度；

步骤4、对步骤3中得到的各个区域的每一层铺层的厚度和形状进行调整，删除不符合实际制造工艺要求厚度的铺层，并跟据已划分的机身四大区域的形状对其余铺层形状进行调整；

步骤5、对经步骤4调整后的铺层进行尺寸优化，各区域中每一层的铺层厚度优化成实际采用的复合材料厚度，并确定各角度铺层所占百分比，以获得各区域各均匀层的角度、整体层数和顺序；

步骤6、对各区域中铺层顺序进行优化。

2.如权利要求1所述的六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：步骤2中，所述有限元模型的初始铺层顺序为[0°/45°/-45°/90°]s且每一层厚度为1mm的超级层模型，同时定义优化过程的设计工况，并预定义最终采用的复合材料厚度为t，其中s为该铺层顺序重复的次数，且每一次重复均与上一轮铺层关于中性面对称。

3.如权利要求1所述的六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：所述步骤3中，自由尺寸优化以每个网格单元的厚度作为优化变量，以无人机机身许用变形量和铺层优化准则为约束条件，以无人机机身的质量最小作为目标函数，得到每一层厚度不等、形状也不相同的铺层方案；其数学模型描述为：

其中，n表示有限元模型中网格单元数量，A_j表示第j个网格单元的面积，T_totalj表示第j个单元的整体厚度，ρ表示复合材料的密度，P表示机身许用变形量，T_ij为第j个单元i角度的铺层厚度之和，T_{ij_sym}为第j个单元关于铺层中性面对称的i角度铺层厚度，T_{ij_yz}、T_{ij_xz}、T_{ij_z}分别为第j个单元关于yz平面对称、xz平面对称、z轴中心对称的i角度铺层厚度。

4.如权利要求1所述的六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：所述步骤5中，对铺层进行尺寸优化是指以各区域铺层厚度作为优化变量，T_sai-W_u强度指数以及在设计工况下机身许用变形量为约束条件，无人机机身质量最小为目标函数，将自由尺寸优化后各区域中每一层的铺层厚度优化成实际采用的复合材料厚度，并确定各角度铺层所占百分比，以获得的各区域各铺层的角度、整体层数和顺序，其数学模型如下：

式中：N为整体一半的铺层层数，A_k为每一层铺层的面积，T_k为每一层铺层的厚度，T_±45m为±45°铺层中铺层形状m的厚度，x为不同形状的铺层的数量，ρ为复合材料密度，P为机身许用变形量，F_index为T_sai-W_u强度指数。

5.如权利要求1所述的六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：所述步骤6中对各区域铺层顺序进行优化是指对尺寸优化后各区域的铺层顺序进行调整，其数学模型如下：

Min compliance

式中：Compliance指的是柔度，它是刚度的倒数，θ_km为铺层形状m的第k层的角度，θ_{km_sym}为相应的对称铺层的角度，n为对应铺层形状区域的总铺层数的一半，SUCC_max为同一纤维方向的最大连续铺层数，Cover₁、Cover₂分别为结构表面第一层和第二层的铺层角度。

6.如权利要求2所述的六旋翼无人机机身铺层设计方法，其特征在于：所述设计工况是指无人机在发生急坠时，每个螺旋桨以最大拉力推动无人机上升的过程中，无人机机身承受整机重力载荷以及施加在机臂上的拉力载荷。