2024年，中国“低空经济”首次写入政府工作报告，无人机是低空经济的重要组成部分，然而无人机的复杂结构和多变工况，使其在设计与研发过程中面临诸多挑战,包括安全性、可靠性、轻量化、舒适性、能源效率以及适航性等问题，也由此增加了研发、制造、运营成本。

CAE（计算机辅助工程）技术，尤其是有限元分析，为无人机的设计探索与验证提供了强大的工具。本文将探讨无人机研发的难点与痛点，以及迈曦CAE软件MxSim仿真技术的解决思路与方法,助力这一领域的发展。

在无人机研发中，气动外形设计是初步概念设计阶段的关键环节，直接影响着飞行器的飞行性能。对于无人机而言，旋翼布局的科学规划、低速垂直起降与高速巡航性能的平衡，以及在城市复杂气流环境中稳定性与操控性的提升，是亟需突破的技术瓶颈。

     基于MxSim.CFD开展外流场仿真可精准解析无人机在不同飞行姿态下的气流分布特性，如通过优化旋翼桨叶的几何参数（如形状、数量及角度），显著提升升力效率，同时改进机身气动外形设计，降低飞行阻力，从而有效提高升阻比。以下是MxSim.CFD流体仿真分析软件气动外形设计计算算例展示：

无人机对“轻量化与高强度”的双重需求，对材料选型、结构设计及成本控制提出了严苛挑战。借助MxSim.Mechanical通用结构分析软件，可精准评估不同复合材料在复杂载荷工况下的力学行为，通过模拟材料在飞行过程中的应力分布特征，实现材料性能的最大化利用，为结构设计提供轻量化方案。以下是迈曦MxSim.Mechanical通用结构分析软件复材选材与优化计算算例展示：

通过精准的载荷工况分析与强度校核，对机身、机翼、旋翼等关键承力部件的结构布局进行优化，在确保飞行安全的前提下实现重量最优解。例如，采用拓扑优化技术，基于载荷传递路径分析，去除非承力区域的冗余材料，保留核心承力结构，在不影响承载能力的前提下显著降低整机重量。以下是迈曦MxSim.Mechanical通用结构分析软件对机翼翼肋拓扑优化仿真计算算例展示：

适坠性设计是保障设备完整性的关键环节。在紧急着陆或意外坠机场景中，需通过吸能结构设计降低冲击载荷对机体的损伤。利用显式动力学仿真技术可模拟无人机坠地过程中的动态响应特征，分析关键部件（如机身框架）的变形模式与能量吸收效率，评估结构抗坠毁能力。通过优化吸能结构的几何参数与材料特性，实现冲击能量的高效耗散，提升整机安全性能。以下是MxSim.Dyna显式动力学仿真软件抗坠毁结构设计计算算例展示：

无人机在飞行过程中可能面临雷击、鸟撞和射桨等高能外来物风险，此类极端工况可能导致飞行性能降级甚至有坠机风险。以鸟撞风险为例，通过显式动力学仿真技术模拟鸟类与无人机关键部件（如旋翼、机身）的碰撞过程，量化冲击力对结构的瞬时载荷效应及变形损伤程度，识别薄弱环节并针对性优化设计，提升无人机在极端工况下的生存能力。以下是MxSim.Dyna显式动力学仿真软件鸟撞计算算例展示：