太阳能无人飞机以太阳能为能源,是一种环保节能的飞行器,在大力发展新型能源的趋势下,这种新型环保能源飞机已经成为一个发展热点。太阳能无人机大都采用大展弦比机翼为其提供足够的升力,这类无人机的机翼结构主要采用比强度高的先进轻质复合材料从而减轻结构重量并且节约能源和材料。复合材料的应用可以大大提高无人机结构的效率,改善和提高太阳能无人机的整体性能。设计太阳无人飞机时应采用先进的设计方法来满足严格的结构要求,太阳能无人机结构有限元分析结果可以为太阳能无人机优化设计提供参考。本文将分析优化太阳能无人机复合材料机翼结构。通过分析太阳能无人飞机机翼设计的技术指标和结构需求,选择双梁-蒙皮结构形式的机翼,这种结构形式的机翼可以充分发挥梁结构的抗弯和抗扭的特性,从而减小机翼蒙皮的应力,防止铺设在机翼上蒙皮的太阳能电池板的损坏。载荷会导致机翼中大量的薄壁结构发生复杂非线性大变形。通过非线性有限元方法建立双梁-蒙皮形式的机翼有限元模型,运用限元软件ABAQUS流体分析模块计算机翼翼型的载荷分布,然后按照流体分析获得的载荷分布给机翼结构施加外载荷,分析设计中的三种梁结构形式机翼力学特性,可以提高机翼的设计效率和可靠性。对比相同载荷条件下三种梁结构机翼的力学特点,分析了三种梁结构机翼的抗弯和抗扭特性,并通过模态分析获得机翼的振动特性。依据分析结果优选出具有良好抗弯和抗扭特性,以及良好的工艺性的方形梁结构机翼。最后,分析了翼肋结构的屈曲特性及不同蒙皮铺设层数和铺设角度对翼肋屈曲特性的影响,并且优化减少了48%的翼肋重量,从而减轻了11.7%的机翼整体结构重量。研究结果可以为太阳能无人机机翼设计提供重要参考。