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随着吊舱应用的不断深入,吊舱平台的性能也在不断的提高。从结构上来讲,轻型化小型化是吊舱发展的一个重要趋势,因此对吊舱结构这方面的研究是十分必要的。众所周知,吊舱工作在振动、迎风的复杂环境中,对结构刚度、动态性能的要求是苛刻的。因此如何在保证吊舱动、静力学特性的情况下,实现结构的轻小型成为难题。本文针对此难题,提供了对吊舱结构进行小型、轻型化设计的方法。首先介绍了吊舱轻小型研究的相关背景,阐述了本文的目的及意义、国内外吊舱的研究现状以及目前的轻量化技术发展状况。然后,分析了目前吊舱平台的主要框架形式,并选择二轴二框架结构作为小型化设计的结构形式;分析了吊舱的一般气动外形,并选择柱状外形;分析了吊舱结构的布局和主要构成,建立了吊舱的三维模型;分析了吊舱的工况,计算了吊舱在特定条件下的受力情况;建立了吊舱的有限元模型,得到了静力学、模态分析结果,提出了吊舱主框架、蒙皮结构作为轻量化设计的基础并对二者进行了静力和模态分析。研究了能够实现轻量化设计的拓扑结构优化方法;通过介绍刚度优化函数、频率优化函数,建立了多目标拓扑优化函数,并对三个函数各自的主框架拓扑优化结果进行了分析对比,表明了多目标拓扑优化的有效性;基于主框架的拓扑优化结果,建立了新的三维主框架模型,质量从6Kg下降到4.94Kg,验证了基于拓扑优化的轻量化设计的可行性和多目标函数的正确性;基于多工况刚度拓扑优化函数,对蒙皮进行了拓扑优化,在保证其静态和动态特性的同时,使其质量从1.8Kg下降到0.88Kg,轻量化率达到51.38%;最后借助3D打印技术,以尼龙作为材料,成功打印了蒙皮结构,使质量从1.81Kg下降到0.38Kg,轻量化率达到79%,并成功运用到某吊舱平台。接着介绍了复合材料的主要构成,并选择了T700碳纤维单向布作为设计材料;研究复合材料的力学理论,并通过理论分析,得到铺层设计的建模方式;基于拓扑结构优化的分析结果,对主框架模型抽壳,建立了基于铺层设计的碳纤维有限元模型;并对主框架模型进行静力模态分析,结果表明此结构初步符合设计要求。研究了复合材料优化设计的一般方法;通过尺寸优化、自由尺寸优化、铺层次序优化,实现了主框架结构的轻量化设计;最终主框架在满足刚度和谐振特性的情况下,质量从最初的6Kg下降到3.735Kg,轻量化率达37.35%,达到了轻量化设计的目的。