【摘 要】
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主动气动弹性机翼凭借其在系统控制下可产生大幅度的翘曲、扭转等弹性变形的特点,已在航空技术中得到广泛运用。随着智能材料和结构的不断发展,越来越多的研究人员倾向于使用
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主动气动弹性机翼凭借其在系统控制下可产生大幅度的翘曲、扭转等弹性变形的特点,已在航空技术中得到广泛运用。随着智能材料和结构的不断发展,越来越多的研究人员倾向于使用智能材料,尤其是压电材料,进行机翼的变形控制,它们在重量、耐用性、挠性等方面有传统机械式结构无法比拟的优势。一种智能型压电纤维复合材料(Macro fiber composite,MFC)便是其中的典型。它具有的灵敏的驱动和传感性能使其得到了广泛的应用,尤其是用于结构的振动和形状控制。研究机翼在压电材料致动器下的变形情况具有重要的理论和工程实际意义。本文针对主动气动弹性机翼研究与发展的需求,以压电纤维复合材料主动气动弹性机翼风洞模型为实验对象,对其在MFC致动器驱动下所产生的主动变形效应进行研究,并且希望通过这些研究得出具有指导作用的结论。本文的主要工作是分析MFC致动器在受到电压载荷下对缩比模型的主动变形产生的影响,并制造出可变形机翼缩比模型,粘接MFC致动器后进行地面实验和风洞实验。最终经过这些基础实验的数据分析验证仿真结果,并能形成较成熟的可变形机翼缩比模型主动变形分析方法,应用到以后类似可变形机翼的研究上。通过仿真分析和实验验证,基于压电材料和热弹性具有相似的本构方程所提出的热弹性比拟法,对于可变形机翼在压电纤维致动器驱动下的主动变形仿真计算,是一种可行有效的方法。可变形机翼缩比模型在MFC驱动下所产生的主动变形量与电压呈现近似正比关系,电压越大,主动变形及其带来的扭转角度也越大,并且压电纤维致动器在越远离模型固定端时,越能发挥它的驱动效果。同时在风洞实验中,压电纤维致动器在风力载荷存在的情况下,依然可以对可变形机翼缩比模型产生一定的驱动效果,使其滚转力矩发生较为明显的变化,不会受到风力载荷的影响。
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