一种用于主动流动控制的气泡型微致动器

 面向先进主动流动控制,在国内率先研发了一种基于微机电系统(MEMS)的气泡型微致动器阵列技术。分析了气泡型微致动器用于主动流动控制的原理,阐述了致动器结构及其加工工艺。通过对气泡样件的压力载荷 变形行为的测试,表明其具有较好的线性和较大承载能力。结合不同翼型的风洞试验表明,微致动器作动可以影响翼型表面的压强分布,从而可用于增升等控制目的。     

超磁致伸缩材料作动器的研制及特性分析

 采用自制的TbDyFe超磁致伸缩材料设计并制作了主动振动控制用超磁致伸缩作动器 ,并对其偏置磁场、激励磁场、静态特性、动态特性和主动控制减振效果进行了测试和分析。研究结果表明 ,作动器工作应变在TbDyFe材料的线性区 ,其总伸缩量可达 70 μm。低频动态特性好 ,谐频影响小。在自适应滤波控制方式下使用该作动器对正弦振动进行主动控制减振 ,减振效果达到 30dB。磁场均匀性对作动器输出特性有明显影响 ,采用Ansys有限元软件精确设计作动器激励磁场 ,可提高超磁致伸缩材料沿轴向磁场均匀性。     

磁致伸缩材料作动器用于主动振动控制的实验研究

对采用磁致伸缩材料作动器进行主动振动控制的问题进行了实时实验研究。首先简介了磁致伸缩材料作动器的设计和特性分析及自适应滤波算法(LMS)的基本原理;然后论述了采用磁致伸缩材料作动器的单自由度主动振动控制实验的系统,从不同的控制物理量、不同算法、偏置磁场和系统噪声等方面分析了影响控制效果的因素,实验获得了30dB的减振效果。      

压电致动器扑翼结构动力学仿真

采用传统扑动机构的微型扑翼,气动效率低、扑动能耗大。采用压电致动器的微型扑翼通过压电材料进行致动使机翼产生上下扑动,有效地将扑动机构和机翼两个主要系统进行集成,不仅节省重量,同时它具有任务变形自适应能力强、气动效率高和扑动能耗小的特点。通过PCL语言建立采用压电致动器的扑翼有限元模型,结合同尺寸扑翼气动力试验数据,进行采用压电致动器扑翼结构仿真。利用仿真结果研制采用压电致动器扑翼原理样机,研究表明,采用压电致动器后扑翼扑动频率得到明显提高,压电片可有效控制机翼的弯扭变形,有助于提高扑翼的气动效率。     

柔性热电薄膜器件的研究进展

针对柔性热电薄膜器件的最新研究进展,从柔性基底、热电材料、薄膜沉积工艺、过渡层的引入和器件设计等几个方面归纳总结了在热电器件制作过程中材料和工艺选择方面应注意的问题。对各类柔性热电薄膜器件的性能对比分析表明:目前性能最佳的柔性器件采用的材料是(Bi,Sb)2Te3类合金,其单个热电偶对在1K的温差下可输出0.1~0.3mV的电压;在内阻足够低的条件下,单个热电偶对在1K温差下的输出电压与热电材料的Seebeck系数相等;增加热电薄膜的厚度能够有效地降低热电偶对的内阻,进而提高器件的输出电压。     

可见光迷彩低红外发射率薄膜制备及其特性

采用多弧离子镀技术,在Al基底上制备了TiO2/TiN多层膜。通过控制基底材料的粗糙度使制备出的薄膜在可见波段具有非镜面反射效果。采用扫描电镜、红外辐射率测量仪、紫外-可见-近红外光光度计等测试手段对薄膜样品进行了表征。结果表明,采用多弧离子镀法在Al基底上制备了结合力良好、具有迷彩效果的低红外发射率薄膜。研究发现,随氧化层厚度增加,薄膜发射率趋向稳定(0.2左右)。薄膜电阻随氧化层厚度的变化无明显变化。     

介电弹性薄膜翼型的增升效应机理

蝙蝠在低雷诺数飞行状态能够通过膜翼的主动变形使其获得高机动性和飞行效率。这种翼型主动变形的仿生特性为智能飞行器气动与控制设计提供了新的思路。本文将介电弹性高聚合物材料直接应用到了翼型的设计中,利用介电弹性体电致变形的特点提出了具有主动控制功能的介电弹性薄膜翼型。针对电活性材料结构的力学特性,引入热力学理论框架,描述力-电耦合效应。采用CFD/CSD耦合技术建立基于介电弹性聚合物材料的气动-结构-电磁耦合动力学模型,并对所提方法进行验证。研究结果表明,介电弹性薄膜翼型在攻角为14°时相对刚性翼型增升12.33%,且翼型弯度变形与振动效应对增升的贡献比为3∶2;当外加电压使得流场频率与振动频率在前两阶频率相同,且二阶主频率不小于刚性翼型流场二阶主频时,介电弹性薄膜翼型的增升效应高于10%。所提方法与研究结论为研发智能飞行器的气动分析与控制设计提供了重要的技术支撑。     

超磁致伸缩电静液作动器的试验研究与特性分析

超磁致伸缩材料驱动的电静液作动器具有结构高度集成、性能影响因素多以及理论分析复杂等特点,为寻求超磁致伸缩电静液作动器可靠的理论分析方法以提高其输出性能,首先搭建了超磁致伸缩执行器与作动器试验测试平台,完成了执行器与作动器动态特性对比试验,在准确测试与观察试验现象的基础上,对超磁致伸缩电静液作动器进行结构分解,以各环节固有频率为理论分析切入点,采用试验、理论与有限元分析相结合的方法,分析了悬臂梁阀片、管路、液压缸以及蓄能器等动态特性对作动器输出性能的影响规律,总结出符合试验结果的理论分析方法并确定了影响与制约作动器输出性能的关键环节,最后提出了超磁致伸缩电静液作动器优化改进方案,优化后作动器试验结果显示：在200 Hz左右、0.6 MPa 的偏压作用下,选取 0.15 mm 厚度的阀片,作动器的输出性能达到最佳,其输出流量最大可达1.2 L/min。     

翼型分离流动主动控制实验

设计制作了两种布局形式的压电式合成射流致动器, 采用热线风速仪在静止环境下对长方形喷口的速度场进行了测量, 结果表明致动器喷口法向喷出最大速度可达到21.32 m/s.开展了基于合成射流技术的翼型分离流动主动控制实验, 致动器采用倾斜喷出时速度为10 m/s量级, 有效推迟了翼型表面流动的分离, 改善了翼型的失速特性, 最大升力系数提高11.36%, 失速迎角增加3°.与此同时发现动量系数达到10-3量级时分离流动主动控制效果显著, 动量系数小于10-4量级分离流动控制将几乎没有效果.      

MEMS微致动器对碟翼飞行器流动控制研究

介绍了微电磁致动器的工作原理和结构工艺,研究微型碟形飞行器周围特殊的空气流场,在碟翼的翼缘安装MEMS微致动器阵列,扰动边界层分离,从而打破飞行器的空中姿态平衡性,达到控制其进行翻转和俯仰等空中动作的目的。     

压电纤维复合材料铺层用于翼面设计的驱动特性与刚度影响

压电纤维复合材料驱动器在形状控制、振动控制、颤振抑制与抖振控制等方面有广泛的应用前景。首先简单介绍了压电应变驱动的比拟载荷方法,并采用该方法讨论了压电陶瓷片状驱动器与压电纤维复合材料驱动器在驱动特性上的主要差异。在此基础上,对压电纤维复合材料在不同铺设方式、铺设角度与铺设层数下的驱动特性进行了分析,在刚度影响方面展示了不同铺设角度下模型刚轴的移动。分析结果表明:对称铺设反向电场可以同时获得弯曲与扭转变形,而反对称铺设同向电场主要获得扭转变形;两种铺设方式下45°铺设角均获得最大弦向转角,而0°铺设角将获得最大挠度;多铺层可以增加驱动载荷,但总体变形效果还取决于结构系统的刚度比例;对称铺设方式下铺设角对结构刚轴移动的影响非常明显,在气动弹性控制中应着重关注。     

基于数值的弧齿锥齿轮齿面啮合点位置分析的拟赫兹法

在已知弧齿锥齿轮齿面网格的条件下,分析了单齿啮合时弧齿锥齿轮齿面弹性变形对轮齿啮合点位置的影响。为此,首先形成一整套刚性齿面啮合点的数值计算方法;然后,采用赫兹接触理论计算齿面弹性变形,确定齿轮轮齿的微小转动及由此引起的啮合点位置的变动。将齿轮因齿面变形而产生微小转角,继而进行齿面啮合分析的过程定义为拟赫兹接触分析。结果表明,齿面弹性变形引起的齿轮轮齿的微小转动对啮合点的最终位置有一定的影响。      

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

基于负刚度预载荷机构的锥形介电型EAP驱动器研究

为了便于对介电型EAP驱动器进行优化设计,针对介电型EAP驱动器进行建模是极其重要的.结合弹性大变形理论及Maxwell应力建立介电型EAP材料的机电耦合模型,分析一种可以提高驱动器性能的负刚度预载荷机构,在此基础上建立基于负刚度预载荷机构的锥形介电型EAP驱动器模型.通过对微分代数方程组的求解,分析预载荷机构对驱动器...     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...     

Application of SMA in Membrane Structure Shape Control

Shape memory alloy (SMA) actuators have found a wide range of applications due to their unique properties such as high force, long stroke, small size, light weight, and silent operation, etc. However, their strong nonlinear properties make them a challenge to achieve accurate actuations. A simple control strategy is presented based on the idea of adjusting the SMA wire temperature as rapidly as possible. This strategy is simple, stable, and requires no hysteresis model or thermal model. The strategy is tested first on tracking displacement outputs, and effects of updating rate and input current on control accuracy are also discussed. It is then used for active shape control of a membrane structure model by adjusting its boundary tensions. Results indicate that under the developed control strategy, SMA wire actuators can offer very good accuracy in tracking displacement outputs and tension outputs. For the membrane structure shape control, the structure shape precision is improved greatly.     

Multi-mode optimal fuzzy active vibration control of composite beams laminated with photostrictive actuators

Firstly, a multi-field coupling finite element formulation of composited beam laminated with the photostrictive actuators is developed in this paper. Moreover, an optimal fuzzy active control algorithm is also proposed on the basis of the combination of optimal control and fuzzy one.This method opens a new avenue to resolve the contradiction between the linear system control method and nonlinear actuating characteristics of photostrictive actuators. The desired control for suppressing multi-modal vibration of photoelectric laminated beam is firstly obtained through optimal control and then the fuzzy control is used to approach the desired mechanical strain induced by photostrictive actuators. Thus, the multi-mode vibration control of beam is realized.In the design process of optimal fuzzy controller, the design of fuzzy control is independent of optimal control. The simulation results demonstrate that the proposed control method can effectively realize multi-modal vibration control of photoelectric laminated beams, and the control effect of optimal fuzzy control is better than that of optimal state feedback control.     

高精度的机翼静气动弹性数值模拟方法研究

气动结构耦合是研究静气动弹性问题的关键所在。采用三维Euler方程为控制方程,以有限元方法计算结构弹性变形,用细平板样条法(TPS)实现气动结构数据间的转换,进行机翼静气动弹性数值的模拟。算例结果表明,本方法是一种具有很高计算精度和工程实用性的气动弹性模拟方法。     

Flutter control of a composite plate with piezoelectric multilayered actuators

Active flutter velocity enhancement scheme is presented for lifting surfaces, employing Linear Quadratic Gaussian based multi-input multi-output controller with multilayered piezoelectric actuators. To numerically test the developed concept, a composite plate wing, surface bonded with eight piezoelectric bender actuators and sensors has been considered. A modal flutter control model is formulated in state-space domain using coupled piezoelectric finite element procedures along with unsteady aerodynamics and optimal control theory. The bending – torsion flutter instability has been actively postponed from 44.13 to 55.5 m/s using the energy imparted by the multilayered piezoelectric actuators. As the power requirement by these actuators is comparatively very low with respect to stack actuators, they can be employed in an integrated form to develop active lifting surfaces for real time applications.