压电驱动器用于薄板型结构振动主动控制研究

对一个带有压电铺层的悬臂层合板进行了振动主动控制的分析和试验。不但采用了速率反馈 ,还用现代控制理论的设计方法研究了最优控制问题 ,设计了相应的数字式控制试验系统 ,进行了试验验证 ,并对 2种控制律的结果进行了比较。同时还研究了机电耦合刚阵的影响。     

Research on vibration suppression of a mistuned blisk by a piezoelectric network

The work aims to provide a further investigation of the dynamic characteristics of an integral bladed disk(also called ‘blisk') with a Parallel Piezoelectric Network(PPN). The PPN is constructed by parallelly interconnecting the piezoelectric patches distributed in the blisk. Two kinds of PPN are considered, namely mono-periodic PPN and bi-periodic PPN. The former has a piezoelectric patch in each sector, and the later has one patch every few sectors. The vibration suppression performance of both kinds of PPN has been studied through modal analysis, forced response analysis, and statistical analysis. The research results turn out that the PPN will only affect mechanical frequencies near the electrical frequency clusters slightly, and the bi-periodic PPN will make the nodal diameter spectrum of the modes more complex, but the amplitude corresponding to the new nodal diameter component is much smaller than that of the nodal diameter component corresponding to the mono-periodic system. The mechanical coupling between the blades and the disk plays an important role in the damping effect of the PPN, and it should be paid attention to in applications. The mono-periodic PPN can effectively suppress the amplitude magnification of the forced response induced by the mistuning of the blisk; meanwhile, it can mitigate the vibration localization of the mistuned electromechanical system. If piezoelectric patches are set only in part of the sectors, the bi-periodic PPN still has a vibration suppression ability, but the effect is related to the number and spatial distribution of the piezoelectric patches.     

压电网络复合板的振动抑制实验研究

主要研究了压电网络系统针对薄板的振动抑制特性,在对压电网络复合板机电耦合动力学方程分析的基础上,通过设计模拟电感电路解决了压电网络复合板振动实验中最优电感值过大的问题,从理论和实验上分析比较了电阻型和电感电阻并联型压电网络复合板振动控制效果及其特点。实验证明采用均匀化处理方法建立的机电耦合动力学方程能够正确预测压电网络复合板的动力学特性,同时实验验证了压电网络的电路模态和压电复合板的机械模态的耦合关系,明确了最优电学参数选取原则,为压电网络复合板的最优参数设计提供了依据。      

轻型刚性陶瓷填充材料性能表征及其空间环境效应试验研究

轻型刚性陶瓷因其稳定的介电常数和良好的耐压性能,已经作为填充材料应用于航天器器件中。文章对介质陶瓷材料的结构、组织形貌、力学性能和微波介电性能开展了系统研究,探讨了结构的各向异性对力学性能和电性能的影响。重点对介质陶瓷的空间环境效应开展研究,试验结果发现其具有低的真空出气总质损和可凝挥发物含量,以及一定的空间总剂量辐照耐受能力。陶瓷经历湿热处理后,结构强度出现了一定程度的下降,分析发现是由陶瓷内部含有的少量B_2O_3黏结剂吸水生成硼酸导致。     

压电风扇结构设计与参数影响研究

压电风扇主要包括由压电材料制作的驱动器和振动薄片,驱动器激励振动薄片振动进而产生气流流动,是一种新型的散热装置。研究多种参数对压电风扇性能的影响,为压电风扇的设计提供指导性的意见和建议。使用计算流体方法,模拟压电风扇流场的发展过程,研究了压电风扇振动薄片的振型、双振动薄片的排布形式以及在每种排布形式下两振动薄片振动相位差等因素对出口风速的影响。得到以下结论:驱动器的激振频率应等于振动薄片的一阶固有频率;双振动薄片模型,两振动薄片的最佳振动相位差分别是π（纵向布置）和0.8π（横向布置）。通过分析流场发展过程,给出了参数影响的成因。      

非接触式表面电位探针设计与研制概述

在月球环境地面模拟实验室中,月表土壤的模拟带电情况测试需要用到非接触式表面电位探针。文章设计了一种非接触式表面电位探针,利用压电陶瓷外加驱动电压可产生形变的原理,以正弦电压信号驱动压电陶瓷周期振动,引起陶瓷片与被测带电体表面间电容变化从而产生感应电流,通过对感应电流的测量计算得出被测表面的静电电位。在实际工作中,其测量范围可达到0~4000V,测量精度优于5%。该仪器可广泛应用于表面静电带电测量及其他空间静电带电测量项目。     

SiBCN 陶瓷的抗氧化性能

通过聚合物前驱体热解方法制备了SiBCN陶瓷,对其在1 200℃空气条件下的抗氧化性能进行了研究,并与前驱体法制得的SiCN陶瓷进行了比较。结果表明,SiBCN陶瓷经氧化10 h后样品氧化增重只有0.35%,并且样品中没有裂纹的出现,表现出良好的抗氧化性能。而同样条件下SiCN陶瓷氧化增重达到3.1%,样品出现裂纹。样品表面元素组成分析表明,SiBCN陶瓷表面氧化物主要以SiO2形式存在,而SiCN陶瓷表面主要以SiOx(x<2)存在。     

基于压电传感网络的结构健康监测扫查系统的设计及实验研究(英文)

基于主动Lamb波和压电传感器网络的结构健康监测技术是一种评估航空结构健康状态的有效方法。在实际应用中,监测大型结构需要使用压电传感器网络。扫查这些压电传感器网络中的压电激励-传感通道以达到在线的结构健康监测是非常重要的。基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)平台,研发了一套基于主动Lamb波和压电传感器网络的集成多通道扫查系统,该系统结构紧凑、便于携带,能大规模自动扫查激励-传感通道并进行损伤评估。提出和讨论了该系统中:4通道PXI程控增益电荷放大器的实现、支持276个激励-传感通道的外部扫查模块和集成的结构健康监测软件的实现。最后,主要讨论了系统在某型无人机碳纤维复合材料机翼盒段上的功能验证实验,包括:压电贴层的设计、激励信号频率的选择方法、损伤成像的功能性测试、系统稳定性测试和载荷对信号的影响。实验结果验证了该系统的稳定性和损伤监测功能。     

垂尾抖振响应的鲁棒-FxLMS主动控制试验

针对垂尾模型低阶模态抖振响应的主动控制问题,设计鲁棒控制器对次级通道进行反馈式阻尼补偿,建立了多模态的RFxLMS控制器,采用宏纤维复合材料压电作动器,开展了垂尾抖振响应压电主动控制的地面模拟试验。试验结果表明,RFxLMS控制器具有收敛速度快、控制效果好的优点,并且相比于单独的FxLMS控制器或鲁棒控制器,对垂尾抖振响应具有更好的控制效果。进一步开展了垂尾抖振响应主动控制的风洞试验。结果表明,RFxLMS控制器在多个试验工况下均有稳定的控制效果,并提升了控制系统的性能,垂尾抖振受控响应的RMS值比无控响应的RMS值降低了39.7%~48.1%。     

采用压电叠层作动器的弹性梁振动主动控制实验研究

结构响应主动控制系统中常用的惯性作动器由于附加质量大、工作频带窄和响应速度慢等缺点,降低了控制系统的性能。压电作动器具有质量轻、工作频带宽和响应速度快等优点,作为高效执行元件能有效地提高控制系统的性能。本文采用压电叠层作动器驱动自由-自由弹性梁模型,以观测点的加速度响应为控制目标,采用频域谐波稳态控制策略进行了自由梁结构谐波振动响应主动控制实验研究。实验结果表明,本文建立的采用压电叠层作动器的结构响应主动控制系统能有效地控制弹性梁结构的振动水平,并具有快速跟踪外激励变化的自适应控制能力。