能夠根據(jù)工作環(huán)境改變飛機翼面形狀的自適應(yīng)變形能力是未來航空、航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計追求的重要目標(biāo)。壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器（Macro Fiber Composite, MFC）以其質(zhì)量輕、適應(yīng)性好、響應(yīng)速度快、高驅(qū)動應(yīng)變能密度等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。如何在低成本下,提高飛機翼面的變形控制精度與穩(wěn)定性已成為一個重要的研究課題。本文以機翼型面控制為研究背景,研究了壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對驅(qū)動器性能的影響；以實際驅(qū)動型面與理想型面的均方差最小為優(yōu)化目標(biāo),建立了面向型面控制需求的驅(qū)動器布局和驅(qū)動器控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型；研制了由壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器驅(qū)動的類機翼試件,實驗結(jié)果充分驗證了本文所提出的面向結(jié)構(gòu)型面控制的驅(qū)動器布局和控制參數(shù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計模型的有效性和可行性。本論文具體研究工作如下：（1）建立壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析模型。以壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的電極寬度、電極指間距、壓電纖維厚度、壓電纖維體積分?jǐn)?shù)為優(yōu)化對象,以驅(qū)動器驅(qū)動應(yīng)變最大為優(yōu)化目標(biāo),建立了影響驅(qū)動器驅(qū)動性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計模型。仿真結(jié)果表明：由于均勻電場與不均勻電場的存在,驅(qū)動器的電極寬度有一個驅(qū)動應(yīng)變極值點,電極指... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２壓電鞋塾??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｉｎｓｏｌｅ??

壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器在驅(qū)動性能、柔朝性、靠疲勞性、可靠性等方面與壓電陶瓷??相比取得了長足的進步，另外，采用壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器來實現(xiàn)機翼翼面的形狀控制??可以大大減輕飛行器的重量，簡化飛行器的布局［６０］＿［６１］，其性能的提高與商業(yè)化的發(fā)展??為壓電纖維驅(qū)動器在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。由于壓電纖維復(fù)合材料??質(zhì)量輕、適應(yīng)性好、操作性能好、結(jié)構(gòu)堅固、高驅(qū)動應(yīng)變能密度等優(yōu)點，美國??ＮＡＳＡ、ＤＡＲＰＡ、歐洲航天局等相繼投入巨資展開了以多功能飛行器應(yīng)用為背景的變??形驅(qū)動及相關(guān)技術(shù)的研究工作［６２］［６３］。目前，在航空航天領(lǐng)域，壓電纖維復(fù)合材料主要??應(yīng)用在機翼翼尖、直升機葉片、機翼翼面與襟翼、拍打式機翼、可扭轉(zhuǎn)機翼等變形控??制中。Ｐａｒｋ和Ｋｉｍ釆用壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動直升機葉片的扭轉(zhuǎn)運動，比較了圓形和??方形壓電纖維復(fù)合材料的驅(qū)動性能，證明方形的壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器在驅(qū)動性能與可??控性方面更具優(yōu)勢［１６］。國內(nèi)冷勁松等［６４］建立了壓電纖維復(fù)合材料獎葉的非線性動力學(xué)??模型，研究了壓電纖維鋪層對復(fù)合材料槳葉固有頻率和獎葉扭轉(zhuǎn)運動阻尼特性的影??響。Ｑｕａｎ?Ｎｇｕｙｅｎ、Ｑｕａｎｔｉａｎ?Ｌｕｏ等［６５］＿釆用線性最小二乘法及逐步完善的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)??優(yōu)化算法對板殼單元的彎曲、扭轉(zhuǎn)等常規(guī)變形進行了理論研究，提出了壓電纖維復(fù)合??材料在驅(qū)動電壓控制下可有效地控制結(jié)構(gòu)的型面。美國弗吉尼亞理工大學(xué)設(shè)計了利用??

綜合文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前的研究主要集中于利用壓電纖維驅(qū)動器來實現(xiàn)機翼變形??能，而對于翼面變形控制精度改善方面的研究較少，尤其是復(fù)雜型面的變形控制精??問題。因此，需要綜合分析驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)形式與布局方式等參數(shù)對驅(qū)動性能的影??，研究考慮多參數(shù)的翼面變形控制精度優(yōu)化設(shè)計方案，根據(jù)機翼理想型面給出最優(yōu)??動器驅(qū)動位置與控制參數(shù)。本文的研究具有重要的應(yīng)用價值，更是變體飛行器翼面．??狀控制研究的重要課題。??．４本文主要工作和內(nèi)容??翼面變形控制精度是影響可變體飛行器復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力的關(guān)鍵因素，利用壓電??維復(fù)合材料的驅(qū)動性能，本文提出了壓電纖維復(fù)合驅(qū)功器內(nèi)部參數(shù)的分析與優(yōu)化設(shè)??方法，并給出了驅(qū)動性能與控制電壓的關(guān)系。研宄了在特定結(jié)構(gòu)參數(shù)驅(qū)動器驅(qū)動情??下，機翼翼面的彎曲、扭轉(zhuǎn)、彎扭變形控制，合理優(yōu)化驅(qū)動器的布局與控制參數(shù)，??型面精度滿足一定的控制要求，具體工作包括：??（１）壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)優(yōu)化設(shè)計�；趬弘娎w維本構(gòu)方程和有??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]壓電復(fù)合材料研究現(xiàn)狀[J]. 杜斌,張銘霞,李伶,王重海,周長靈,劉福田.  現(xiàn)代技術(shù)陶瓷. 2013(06)
[2]智能材料和結(jié)構(gòu)在變體飛行器上的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望[J]. 冷勁松,孫健,劉彥菊.  航空學(xué)報. 2014(01)
[3]壓電纖維復(fù)合材料的發(fā)展、模擬及應(yīng)用(英文)[J]. 林秀娟,周科朝,張曉泳,張斗.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(01)
[4]碳納米管在智能材料中的研究進展[J]. 李儒,李紅波,李清文.  材料導(dǎo)報. 2013(01)
[5]變體平尾翼型氣動外形設(shè)計方法[J]. 杜廈,昂海松.  南京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2012(06)
[6]基于有限元法壓電纖維復(fù)合物結(jié)構(gòu)的模擬優(yōu)化[J]. 林秀娟,張斗,張曉泳,李志友,周科朝.  中國有色金屬學(xué)報. 2012(06)
[7]壓電振動發(fā)電機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 朱莉婭,陳仁文,雷嫻.  中國機械工程. 2011(24)
[8]Application of piezoelectric fiber composite actuator to aircraft wing for aerodynamic performance improvement[J]. LI Min 1 ,YUAN JunXian 1 ,GUAN De 1 &CHEN WeiMin 2* 1School of Aeronautics Science and Engineering,Beihang University,Beijing 100191,China; 2Key Laboratory of Environmental Mechanics,Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China.  Science China Technological Sciences. 2011(02)
[9]壓電效應(yīng)及其在材料方面的應(yīng)用[J]. 閻瑾瑜.  數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2011(01)
[10]考慮復(fù)合材料蒙皮穩(wěn)定性的飛機翼面結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化設(shè)計[J]. 劉穎卓,張永存,劉書田,王向明.  航空學(xué)報. 2010(10)

博士論文
[1]層合壓電智能結(jié)構(gòu)振動主動控制數(shù)值模擬及其優(yōu)化[D]. 錢鋒.合肥工業(yè)大學(xué) 2011

碩士論文
[1]印制電子用擠壓式壓電噴頭的墨滴噴射仿真研究[D]. 朱純.華東理工大學(xué) 2012
[2]壓電復(fù)合材料性能參數(shù)預(yù)測[D]. 黃鑫.蘭州理工大學(xué) 2010
[3]超聲電機用BNT基無鉛壓電陶瓷的研究[D]. 段志杰.南京航空航天大學(xué) 2008
[4]基于壓電陶瓷的精密定位技術(shù)研究及實現(xiàn)[D]. 方元坤.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2005



本文編號：3298878