SMA-電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)原理與可折疊翼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、新型可折疊翼飛機(jī)在飛行過程中通過機(jī)翼的展開與折疊，保持最佳氣動(dòng)性能，以應(yīng)對(duì)當(dāng)今飛機(jī)多種飛行任務(wù)需求，是智能變形飛行器發(fā)展的重要方向，近年來受到國內(nèi)外航空工業(yè)界和學(xué)者的廣泛關(guān)注。驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)機(jī)器系統(tǒng)的核心，而數(shù)量眾多的分布式驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)是可折疊翼飛機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
　　 傳統(tǒng)的單一驅(qū)動(dòng)器由于各自的缺點(diǎn)不適用于可折疊翼。SMA驅(qū)動(dòng)器功重比高，輸出力大，但不易進(jìn)行精確位置控制且不能實(shí)現(xiàn)位置鎖定；直流電機(jī)定位精度高，但功重比低，不易

2、用于質(zhì)量、尺寸要求高的場合。這就需要一種體積小、重量輕、輸出力大、位置控制精度高的新型驅(qū)動(dòng)器。
　　 本文對(duì)可折疊翼飛機(jī)與混合驅(qū)動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，討論了幾種折疊翼飛機(jī)和混合驅(qū)動(dòng)原理，針對(duì)航空航天領(lǐng)域的特殊需求，提出“SMA-電機(jī)混合直線驅(qū)動(dòng)”概念，設(shè)計(jì)了一種兼具SMA輸出力大與電機(jī)位移控制精度高的SMA-電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)器，作為可折疊翼的驅(qū)動(dòng)源，并設(shè)計(jì)了折疊翼的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
　　 首先，設(shè)計(jì)了折疊翼的傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。建立

3、曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值分析軟件和多體動(dòng)力學(xué)軟件，對(duì)力和位移進(jìn)行約束條件下的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得曲柄滑塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)。通過動(dòng)力學(xué)仿真，確定給定載荷下傳動(dòng)副的支反力，為混合驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)提供幾何與物理參數(shù)。接著，進(jìn)行了SMA-電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析混合驅(qū)動(dòng)原理，設(shè)計(jì)并聯(lián)模式的SMA-電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。對(duì)主要受力零件絲杠與軸承進(jìn)行了校核，并通過理論計(jì)算和仿真選取合適的電機(jī)。建立絲杠螺母的動(dòng)力學(xué)方程，SMA的相變

4、動(dòng)力學(xué)方程以及直流電機(jī)模型，得到混合驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程；建立系統(tǒng)仿真模型，仿真得到了驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特性曲線。設(shè)計(jì)整機(jī)的三維模型，完成混合驅(qū)動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)加工制作。最后，提出一種SMA與電機(jī)的協(xié)調(diào)控制策略。利用絲杠螺母配合間隙ΔP，給電機(jī)施加占空比可變的電壓，驅(qū)動(dòng)絲杠迅速跟進(jìn)SMA運(yùn)動(dòng)。給出了控制方案的具體步驟，設(shè)計(jì)并制作了混合驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)，完成機(jī)械與電路部分的集成裝配，進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)測試。