THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE PIEZOCERAMIC ACTUATING LAMINATE

压电陶瓷元件是目前在智能材料结构中广泛使用的一种驱动元件。建立驱动应力与控制信号之间的关系即传递驱动方程，对于分析压电陶瓷元件的驱动特性非常必要。本文以剪滞变形理论为基础，分析了压电陶瓷元件在驱动结构时的应力传递过程，建立了传递驱动模型；并以ＰＺＴ５型压电陶瓷元件驱动玻纤／环氧层合板为例对所建模型进行了实验验证。结果表明，建立的驱动模型与实际情况比较吻合。最后，根据实验结果和所建模型对影响压电陶瓷元件驱动层合板性能的一些主要参数作了分析。     

压电固体作动筒及其在结构中的应用

建立了大位移压电固体作动筒（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｉｎ ａｃｔｕａｔｏｒ， ＰＺＴ ＩＳＡ）的动力学模型。探讨了压电固体作动筒在结构应用中的力学驱动模型，研究了压电作动筒和结构之间的驱动传递关系，以及在结构应用中获得最大输出位移和最大作用力的匹配关系；研究了利用压电作动筒驱动直升机伺服襟翼的一种初步构想以及机械放大机构，用于替代现有的液压装置，对旋翼进行主动减震降噪。同时在不同的频率及负载下，对压电作动筒的驱动性能进行了实验，并作了讨论。结论表明：利用压电作动筒作为直升机伺服襟翼控制的驱动器件，可以实现对伺服襟翼的主动变形及振动控制。     

低温环境下超声电机定子特性

超声电机是一种新型的驱动器,由于其具有大力矩/重量比,控制性能好等优点,适合在航天器上使用,因此,在低温环境下对超声电机性能的变化进行研究就非常必要.分析了在低温环境下,超声电机定子弹性体和压电陶瓷元件性能变化,改进了不同环境下超声电机用压电陶瓷的压电方程,并通过该方程推出了压电陶瓷元件的d33随着温度的下降而降低.结合超声电机定子振动,归纳出低温环境下,超声电机定子对超声电机性能下降的影响.通过超声电机在低温环境下的性能测试,验证了低温环境下超声电机定子性能变化的理论分析.得到结论:压电陶瓷在低温环境下的性能下降是影响超声电机定子性能变化的主要原因.     

压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究

用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用。通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局（数目、间距）对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验。仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进一步增强。实验结果表明:增大压电陶瓷输入功率可以较大程度缩短除冰时间;将尺寸较大的单个压电陶瓷分成尺寸较小的4块后,相同能耗下除冰效果增强;减小压电陶瓷之间的的间距后,除冰时间进一步缩短。     

后缘小翼型智能旋翼桨叶模型设计分析与试验研究

提出了一种基于推挽式双X压电驱动机构的后缘小翼型智能旋翼方案,开展了后缘小翼型智能旋翼模型的设计分析与试验研究.空载试验主要用于验证驱动机构的驱动特性,测试了压电堆和驱动机构的静态输出;为了验证悬停时小翼在铰链力矩作用下驱动机构能否有效驱动后缘小翼,进行了加载试验.试验采用线性霍尔传感嚣对推挽式双X型驱动机构在不同电压和频率驱动下小翼的偏转角度进行了测量.理论分析与试验测试结果基本吻合,压电驱动机构能够有效驱动后缘小翼,该智能旋翼方案是合理和可行的.     

压电智能结构的实验研究

在复合材料表层铺设压电元件，利用压电元件能够实现力学量和电学量之间相互转化的独特性能，可将其用作传感器和驱动器，赋予材料和结构传感及动作的能力。本研究的压电材料采用锆钛酸铅压电陶瓷，基体材料采用玻璃纤维－环氧树脂复合材料，与外部信号采集和控制系统结合，构成了智能结构实验系统。本文对这一系统的损伤诊断和损伤主动控制功能进行了实验研究。该结构一方面可对冲击、过载等可能造成损伤的原因进行监测，并诊断裂缝、连接松动等损伤的产生和位置，另一方面还可自适应地驱动结构中的压电驱动器，改善结构应力状态，防止损伤的扩展。     

白光干涉检测仪微位移系统的精确控制方案

针对小电容压电陶瓷特有的迟滞曲线,建立实验系统采集压电陶瓷微位移器的位移-电压数据,然后用最小二乘法建立数学模型;通过计算机程序控制压电陶瓷驱动电压,实现了白光干涉检测仪微位移系统的开环控制,总位移20μm,精度可达0.03μm,并且给出了控制程序的流程图.     

基于PT和MFC的飞机垂直尾翼振动主动控制

首先基于压电陶瓷变压器PT(Piezoelectric transformer)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高、体积小、重量轻等优点.与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化.然后以飞机垂直尾翼模型为控制对象,选用了压电纤维复合材料(Micro fiber composites,MFC)和(Piezoelectric transducer,PZT)作为驱动器,实现了对模型两阶主要振动模态的主动控制.实验验证所设计的开关功率放大器的可行性,最后对MFC和PZT的驱动性能进行了对比.     

压电陶瓷柱体中裂纹前缘场分析

为了揭示含裂纹的压电陶瓷介质在机械载荷作用下裂纹前缘的力学和电学的奇异行为，以一承受扭矩的压电陶瓷柱体为例，求得了其中所含的圆币形裂纹前缘的应力场和电场移场。     

压电陶瓷管在口罩焊接中作为超声换能器的振动频率分析（英文）

Covid-19爆发后,口罩作为重要个人防护装备,其需求呈爆炸式增长,挑战相关制造业的技术和产能。生产口罩焊接过程中对压电陶瓷换能器的需求亦大幅增加。为保证陶瓷换能器能满足快速生产所需要的技术要求,本文采用瑞利-里茨方法对压电陶瓷进行振动分析,得到最简单的解,并通过选择不同的材料,分析对比它们达到所需频率和能量标准的重要参数。所提出的方法和最终获得的数据结果可供工程师快速开发压电陶瓷传感器,从而在口罩焊接或其他类似材料的焊接中达到标准要求。     

WZ—1直升机旋翼桨叶的设计

从气动、动力学和结构设计三个方面介绍了直升机旋翼桨叶设计的一般要求，分析了桨叶扭转角、平面形状、浆尖形状等参数对直升机性能、旋翼气动特性和动力学特性的影响，并结合ＷＺ－１无人驾驶直升机的使用要求对其旋翼桨叶进行了初步设计，给出了桨叶的构形和“共振图”。本文的设计和分析方法可用于指导其他直升机的旋翼桨叶设计。     

直升机对风切变的响应

本文研究了直升机对风切变的动态响应。文中采用两种不同的风切变模型,按规范要求,利用对数模型分析了直升机对风切变的动态响应,利用线性模型分析计算了风切变参数对直升机动稳定性特征根的影响。所用的桨叶具有水平铰外伸量,桨叶根部有弹性约束,且仅考虑桨叶的刚性挥舞运动。诱导速度在桨盘处的分布则采用王氏固定涡系涡流理论所导出的诱导速度非均布公式。本文对直升机动力学方程不作线化处理。 本文推导计及风切变速度的旋翼力和力矩、旋翼挥舞运动方程和直升机动力学方程,最后以某型直升机为算例,用较好的计算方法计算了平衡数据和稳定性特征根以及对风切变的响应,并分析了风切变参数对稳定性的影响。     

直升机涡环状态试验数据处理研究

采用神经网络误差反向传播算法,以旋翼涡环状态试验数据为基础,研究了桨叶负扭度对直升机涡环状态特性的影响,分析了负扭度变化对旋翼扭矩、拉力平均值及脉动幅度的影响。计算结果表明,神经网络模型能够准确预测桨叶负扭度对直升机涡环状态的影响。     

利用三维激光测速方法研究悬停状态下的桨尖涡

利用三维多谱勒激光测速仪，对悬停状态下模型旋翼桨叶附近的流场进行了实验测量。研究了悬停状态下桨盘附近的流场特征、旋翼桨尖涡的形成和发展，以及桨尖涡对后续桨叶的影响     

直升机对离散突风的响应

本文研究了直升机对离散突风的动态响应,文中所用突风模型均按规范要求选取,为分析不同突风模型对响应的影响,本文还讨论了正弦型突风模型和旋翼动力学模型。后者采用水平铰外伸量和桨叶根部有弹性约束的结构模型,其诱导速度在桨盘处的分布采用了由广义涡流理论所得的表达式。文中没有对直升机运动方程进行线化处理。本文以“直九”为算例,所得结果与规范较一致。     

旋翼结构参数及动力学参数对直升机操纵稳定性的影响研究

分析了直升机旋翼的预锥角，预掠角，桨叶根部的约束刚度和阻尼对直升机操纵性和稳定性的影响。旋翼的动力学模型采用有挥舞铰和摆振铰外伸量，桨叶根部在挥舞和摆振两个方向上都带有不弹性约束的形式；旋翼桨盘处的诱导速度分布采用自前向后直线增大的形式。分析结果表明：旋翼的预锥角和预掠角对直升机全朵的稳定性和操纵性的影响可以略去不计，而桨叶银部挥舞方向上的弹性约束刚度对直升机全机的操纵稳定性有较大影响，摆振方向上     

直升机旋翼模型结冰风洞试验技术

为满足我国直升机旋翼结冰风洞试验需求，中国空气动力研究与发展中心在大型多功能结冰风洞研制了直升机旋翼模型结冰试验系统，发展了旋翼模型结冰风洞试验方法和数据采集与处理方法，规范了结冰试验的流程，能够安全可靠地开展旋翼模型结冰试验研究。通过开展国内首次直升机旋翼模型结冰风洞试验，研究了典型工况下旋翼模型的结冰特性，获得了结冰过程中旋翼模型气动载荷和振动载荷变化特性。试验结果表明:随着结冰时间增加，旋翼拉力急剧下降，功率急剧增大；伴随着桨叶表面“冰脱落—生成—再脱落—再生成”过程，旋翼性能出现较大波动；旋翼桨叶表面出现冰脱落之前，试验数据重复性良好可靠。     

斜置尾桨对直升机飞行特性的影响

基于叶素理论建立了斜置尾桨的数学模型,以UH-60A直升机为对象,计算了平飞配平特性,并与试飞结果进行对比,完成了对模型的验证。验证结果表明,所建的斜置尾桨模型合理准确,能满足工程精度。本文从直升机悬停需用功率研究了尾桨斜置角的设计,计算了不同尾桨斜置角对直升机悬停需用功率的影响,得出UH-60A直升机的尾桨斜置角优化值为20~25°。通过计算和对比斜置尾桨与常规尾桨直升机的平飞配平特性,得出尾桨斜置主要影响直升机的纵向配平特性。最后,对斜置尾桨的利与弊进行了一些讨论。     

直升机后掠桨尖旋翼气弹稳定性研究

通过建立具有后掠桨尖旋翼气弹稳定性的分析模型，研究后掠桨尖旋翼气弹的稳定性。结构模型考虑了旋翼桨叶的偏置、预锥、预掠、预扭以及桨尖的后掠等多种旋翼参数及非线性影响，分析了不同桨尖后掠角几何参数对旋翼气弹稳定性的影响。数值结果表明，桨尖后掠对旋转旋翼桨叶气弹稳定性影响较大，桨尖后掠使一阶扭转频率增加，同时使一阶摆振阻尼降低，后掠桨尖单元的非线性转换关系对气弹分析结果有影响，桨尖后掠角越大这种影响越显著。     

2米旋翼模型试验系统研制

旋翼模型试验系统是开展直升机理论与技术研究、新机研制的最基本和最重要的试验设备。本文简介由南京航空学院研制的2米旋翼模型试验系统、它的设计思想和主要特点等。该系统主要用于开展直升机空气动力学、动力学和飞行力学等方面的试验研究,也可直接为直升机型号研制服务。其主要设计原则是满足试验要求、与现已有的风洞相匹配和满足可行性与灵活性要求等。 本文对旋翼模型、操纵与激振系统,动力、传动系统,测量系统,数据采集与处理系统,安全监控与报警系统,以及中央控制台与显示系统等的主要特点均作了简略叙述;还简要介绍了系统调试中的几个问题:温升、振动、天平标定及变距标定等。 系统调试完成之后,已成功地进行了几个典型的空气动力学与动力学试验。试验结果达到预定要求,表明该试验系统的研制是成功的。