【摘 要】
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太阳能飞机有着超长航时、巡航高度可以达到临近空间等突出的优点,伴随近年来太阳能电池片效率提高、轻量化结构设计、微电子与自动化控制等技术不断进步,越来越多的国家和组织开展对太阳能飞机的研究,传统太阳能飞机为增大升阻比多采用了超大展弦比的机翼设计,这对飞行器的结构设计提出了较大的挑战。本文对某小展弦比的太阳能飞行器进行了气动和结构优化设计,使得飞行器的性能得到了显著的提高。首先,对太阳能飞行器的特点、
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太阳能飞机有着超长航时、巡航高度可以达到临近空间等突出的优点,伴随近年来太阳能电池片效率提高、轻量化结构设计、微电子与自动化控制等技术不断进步,越来越多的国家和组织开展对太阳能飞机的研究,传统太阳能飞机为增大升阻比多采用了超大展弦比的机翼设计,这对飞行器的结构设计提出了较大的挑战。本文对某小展弦比的太阳能飞行器进行了气动和结构优化设计,使得飞行器的性能得到了显著的提高。首先,对太阳能飞行器的特点、应用、发展现状和关键技术等进行了对比分析,提出了小展弦比太阳能飞机的设计方案。然后对本文研究的小展弦比太阳能飞行器原型机进行了气动优化和结构优化。气动优化包括翼型优化和整机外形优化,翼型优化选择升阻比为优化目标,使用Xfoil求解翼型的升阻特性,对翼型曲线进行优化,提高了翼型在设计迎角下的气动性能;整机气动优化以最大升阻比为优化目标,利用FLUENT软件对飞机进行整机气动性能计算,提高了整机的升阻比;使用MSC.PATRAN＆NASTRAN软件,以结构重量为优化目标,对复合材料飞机结构进行强度刚度约束下的最轻重量结构参数优化。最后对本文通过优化设计提高飞机性能的工作进行总结,并简单分析了小展弦比太阳能飞机工程应用的可行性和设计过程中需要注意的问题。
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