基于拓扑优化的固定翼无人机主承力框轻量化设计

摘要

本文针对某型固定翼无人机的前主承力框结构，采用变密度法（SIMP）和Altair OptiStruct求解器进行拓扑优化设计，旨在实现结构的轻量化并确保其力学性能。以最小柔顺度为优化目标，体积分数小于0.25为约束条件，结合3g过载工况进行优化分析。优化结果显示，材料主要分布在主承力框的两翼和连接部位，优化后模型质量减少了10.87%，最大应力从43MPa提高至56MPa，材料利用率显著提升。尽管优化后机身最大位移有所增加，但仍处于可接受范围内。研究表明，无人机的主承力框结构可以通过拓扑优化技术来实现轻量化设计，并优化应力集中问题，进而实现材料的替换，进一步降低制造成本。

关键词

固定翼无人机 / 前主承力框 / 变密度法 / 拓扑优化 / 轻量化