作为一种新型的无人飞行器,小型长航时无人机具有续航时间长、操作方便、起降灵活、载荷配置多样、携带和运输方便等诸多优点,成为国内外无人机领域研究的热点。本文开展了小型长航时无人机结构初步设计及其强度与刚度的分析研究,主要内容如下:(1)在小型长航时无人机结构初步设计方面。本文先后开展了无人机结构材料的选择,结构布局形式的确定,结构的传力分析,机身、机翼、尾撑和尾翼的初步设计及主要结构分离面的连接设计;针对小型长航时无人机载荷配置多样化、机体结构通用性高的特点,本文提出了一种可重构的机体结构模块化设计方法;针对小型长航时无人机对快速拆装和便捷使用的要求,本文提出了无工具拆装的结构分离面连接设计方法,同时也实现了结构和电气一体化的共形连接;本文所设计的小型长航时无人机结构具有结构重量轻、模块化程度高、操作使用便捷等特点。(2)在无人机结构有限元分析方面。本文先后开展了复合材料有限元法的理论研究,机翼、尾撑和尾翼结构的有限元分析和结构优化,整机结构强度与刚度的校核;针对小型长航时无人机结构轻量化的设计要求,本文重点开展了机翼蒙皮和翼梁的铺层设计与结构尺寸优化,尾撑杆的铺层设计和截面尺寸优化;优化后:整机结构重量约12.87kg(占起飞重量的比值为21.45%),结构的最大应力为1686.9MPa,机翼最大变形和半翼展的比值约4.94%,尾撑杆的最大转角为1.47°。(3)在起落架设计方面。针对小型长航时无人机野外滑降的使用特点,进行了不同起落架方案的对比择优,设计了一款满足滑降回收的滑橇式起落架,并进行了滑橇起落架的结构设计和有限元分析,在此基础上通过铺层设计、结构尺寸优化、材料优化,实现了滑橇起落架结构的轻量化设计。起落架的弓形梁结构优化后,其铺层组为[45°/-45°/0°/45°/-45°/0°/45°/-45°/0°/45°/90°/0°/4~—5°]s,截面宽度为40mm、截面厚度为5mm;起落架的结构材料优化后,其结构重量为1.187kg,最大应力为281.8MPa,高度方向的最大变形为20.2 mm,Tsai-Wu失效因子为0.7841。