翼型曲面的压电振动除冰方法研究

以缩比后的翼型前缘曲面为研究对象,对压电振动除冰的方法进行了理论和实验研究。针对翼型曲面的特殊性,以有限元模型导出的翼型截面离散点为基础,设计了针对翼型曲面和不同压电元件尺寸下的压电元件可贴区域的求解算法,并通过五点共圆法和四点共圆法的理论思想得出翼型曲面各点切法向矢量的求解算法。针对翼型曲面研究了压电元件的布局规律。结果表明,翼型曲面结构下,压电元件的激励效果随着间距的增大而减弱,压电元件布置在振型波峰位置附近有最佳的激励效果。在粘贴接触面积一定的前提下,激励效果随着相对贴片数量的增加而减弱,而压电元件的贴片集中度越高,激励效果越好。实验得到了较好的除冰效果,验证了布局方式的可行性,同时除冰功率最大为69.77W·m-2,低于电热除冰系统所需功耗。     

直升机自适应桨叶模型的初步实验研究

为了研究压电陶瓷对复合材料模型的驱动性能，掌握其规律，为自适应旋翼的研究打下基础，文中模仿直升机桨叶设计了一个典型模型试件，利用压电陶瓷在不同布片方式下对其进行驱动，使其产生弯曲和扭转变形。不同条件下的对比实验表明，压电陶瓷作为驱动器可以达到比较好的驱动效果。     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术，用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征，从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算，建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM），仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平，并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

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.     

采用压电陶瓷传感器提高悬臂式镗杆的加工精度(英文)

由于悬臂式镗杆的刚度较低,镗削加工中容易产生加工误差。本文采用了误差在线检测与实时补偿的方法,以提高悬臂式镗杆的加工精度。通过应变片测试微量镗削加工中镗杆的变形,在线检测加工误差,用压电陶瓷传感器对加工误差进行实时补偿。镗刀和压电陶瓷传感器分别安装在杠杆式结构的微量镗杆的两端,这样镗杆的结构尺寸可以不受压电陶瓷传感器的影响,镗杆的长径比为８。     

复材加热组件一体成型制备及其热/力学性能研究

针对玻纤/环氧复合材料，采用平板硫化机热压成型制备工艺，将预封装的石墨烯加热元件内嵌于复材夹层中，从而制备得到复材加热组件。实验证明，该制备方法对石墨烯复合材料的阻值及发热影响较小，保证了石墨烯加热元件的防/除冰效率。基于复材加热组件，进行了热/力学性能实验和低温除冰实验。实验结果表明，复材加热组件的温升速率随热流密度的增加而增大，并且铺层位置对复材加热组件的温升具有较大影响。在冷环境除冰实验中，环境温度为-20℃，热流密度为0.3 W/cm²时，相较于传统电加热组件，复材加热组件的除冰时间大幅减小，能耗减少约30%，为进一步制备复材加热机翼奠定了基础。     

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.     

双向电脉冲激励压电超声换能器实验研究

本文对双向电脉冲激励压电陶瓷超声换能器进行实验研究。对两种类型的换能器进行了实验,进而利用迭加原理对换能器所产生的脉冲超声波波形进行了讨论。结果证明,双向电脉冲是激励压电超声换能器比较理想的电脉冲波形,可以得到幅值大、脉冲持续时间短的超声波,有广泛的应用前景。     

压电叠堆主动减振的神经网络PID实时控制

为实现对带有模型尾支杆支撑系统在吹风过程中振动特性的实时控制,以压电陶瓷叠堆为减振元件设计了尾支杆一体化结构;提出了神经网络PID(Proportion-integration-differentiation)实时控制方法,建立了该尾支杆一体化结构的运动方程,推导出神经网络进行系统识别的状态方程,以此为基础进行控制器的设计并基于Labview软件编写控制程序;最后在风洞中,对该控制方法的控制效果进行了试验验证。试验表明利用该控制系统可进行实时控制;对不同风速下激励的振动,控制后的均方根幅值(Root mean square,RMS)减小55%以上,且该控制方法具有良好的鲁棒性、可靠性和容错性。     

大位移RAINBOW型陶瓷驱动器(英文)

RAINBOW型陶瓷具有内部应力偏移 ,兼有氧化层和还原层 ,并具有特殊的拱形结构。它在电场作用下具有很好的驱动特性 ,如特别大的轴向位移 ,并能承受比一般铁电陶瓷更高的应力。本文详细探讨了它的制备方法、结构、驱动特性和机理 ,并指出了 RAINBOW型陶瓷的发展趋势。     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A CANTILEVER BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSORS AND ACTUATORS

讨论了利用压电片作为传感器和驱动器对悬臂梁进行主动振动控制问题，针对模态频率差距较大的系统，提出了分组建模和控制的方法。使用滤波器消除观测溢出。文中还讨论了传感器／驱动器配置问题。实验结果验证了所述方法的有效性。     

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。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

常规高超声速风洞的节能方案研究

为了适应高超声速飞行器发展的要求，常规高超声速风洞的建设规模向2m量级发展。但是，随着风洞尺寸的增加，风洞运行所耗费的能源剧增。如何在满足高超声速飞行器试验对风洞尺寸要求的条件下，节省风洞运行时的能量消耗，已成为常规高超声速风洞设计技术发展必须考虑的重要问题。针对这个问题，从常规高超声速风洞气动布局的角度进行了初步探索。首先总结了现有常规高超声速风洞的气动布局；在此基础上，对常规高超声速风洞的能量运行特点，以及不同布局中工作气体余热的处理情况进行了分析；然后结合常规高超声速风洞的运行特点，分析了风洞中可能采用的余热利用技术；最后，提出了一种基于余热利用的常规高超声速风洞布局方案，并对该方案中的关键问题进行了讨论。文中对于该方案的节能情况进行了分析，结果显示，该方案相对于已有的气动布局具有明显的节能效果。     

螺旋桨滑流与平尾深失速效应耦合影响试验研究

本文采用螺旋桨飞机动力模拟风洞试验技术，研究常规布局涡桨飞机的螺旋桨滑流在大迎角条件下对飞机纵向气动特性的影响规律。中航气动院FL-9风洞中通过伺服电机驱动螺旋桨转动进行螺旋桨动力模拟风洞试验，试验迎角范围0°~50°，试验风速范围为30~50m/s。为了获得大迎角试验数据，常规迎角试验采用常规单支杆进行试验，大迎角试验采用带预弯的支杆进行试验。利用螺旋桨滑流风洞试验研究在大迎角时平尾深失速效应与滑流的耦合影响规律。研究结果表明，螺旋桨滑流会使得试验模型升力和阻力增加，纵向静稳定性降低，并且在大迎角条件下依然满足这些规律。此外，在较大迎角时平尾进入滑流与机翼洗流的耦合影响区域后，滑流会使得平尾失速效应加剧并且平尾更难从失速状态中改出，即受平尾深失速影响的迎角范围会更大且平尾深失速效应加剧。     

基于分布式模型预测控制的多无人机协同规避控制技术

建立了多无人机协同规避控制模型，并提出了一种基于纳什最优的分布式模型预测控制算法。仿真结果表明，基于纳什最优的分布式模型预测控制算法有效地实现了多架无人机对障碍物的规避，并且相对于集中式模型预测控制算法减少了求解过程中的计算量，缩短了优化控制的时间，改善了系统的实时性。     

浅表裂痕对压电陶瓷振子工作性能的影响

压电陶瓷振子是应用相当广泛的电子无件，本文分析了逆电效应下携有表面浅裂痕扭转振子，得到了裂痕前缘的奇异电位移场和应力场的解析结果。并着重讨论了裂痕前缘电荷奇异增强对压电元件工作性能的影响。指出了提高压电元件表面加工精度的重要意义。     

Simulation Analysis and Experiment on Piezoelectric Cantilever Vibrator

Piezoelectric cantilever bimorph vibrator is the core component of piezoelectric inertial actuators.Piezoelectric cantilever bimorph vibrator with lumped mass at the end is studied,and a dynamic model is constructed by the proposed method of transforming symmetric electrical signal excitation to equivalent harmonic force excitation.Combining the theory and test,the single-degree-of-freedom damp vibration system consisting of the vibrator is analyzed and the full response is provided.Dynamical system modeling and simulation are conducted by software Matlab/Simulink.The output response of deflection,velocity,acceleration,driving force are solved using the input signal of equivalent harmonic force.Based on the data of theory,simulation and experiments,the deflection of vibrator is analyzed and compared under the excitation of sine wave signal.Result shows that the dynamic deflection results of vibrator from theory,simulation and experiments agree well with each other.The proposed modeling and analysis approaches of the single-degree-of-freedom damp vibration system consisting of the vibrator,have some reference significance for further research of piezoelectric inertial actuators.