基于板模型的柔性機(jī)翼氣動(dòng)彈性分析與控制.pdf

1、本文利用壓電材料的正壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng),對(duì)含有壓電作動(dòng)器與壓電傳感器的智能結(jié)構(gòu)機(jī)翼進(jìn)行顫振主動(dòng)抑制的研究。機(jī)翼模型采用復(fù)合材料懸臂板結(jié)構(gòu),具有展向和弦向的二維柔性。壓電材料具有分布靈活,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,響應(yīng)迅速的特點(diǎn)。壓電材料用于機(jī)翼結(jié)構(gòu),具有自我監(jiān)測(cè)與作動(dòng)功能,可以方便的組成反饋控制系統(tǒng)。本文使用一對(duì)或多對(duì)壓電作動(dòng)器與傳感器分布于柔性機(jī)翼,對(duì)機(jī)電耦合系統(tǒng)的建模、柔性機(jī)翼的顫振特性分析、反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、顫振主動(dòng)抑制的效果進(jìn)行了理論分析與

2、仿真研究。論文的主要研究工作如下:
　　基于一階剪切變形板理論推導(dǎo)了含有壓電作動(dòng)器與傳感器層的復(fù)合材料層合板的有限元模型。采用四節(jié)點(diǎn)四邊形等參單元對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散,使用替代橫向剪切應(yīng)變場(chǎng)的方法來(lái)避免剪切鎖死,由Hamilton變分原理得到有限元結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程,通過(guò)數(shù)值算例驗(yàn)證了有限元模型的正確性。
　　采用偶極子網(wǎng)格法計(jì)算亞音速非定常氣動(dòng)力,使用無(wú)限板樣條插值方法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與空氣動(dòng)力之間的連接,由此得到基于頻域氣動(dòng)力的氣動(dòng)彈性方

3、程。采用V-g法對(duì)機(jī)翼進(jìn)行顫振分析,得到機(jī)翼的顫振速度和顫振頻率。通過(guò)算例看出不同壓電片的覆蓋方式對(duì)機(jī)翼顫振特性有明顯影響。
　　采用Roger近似法對(duì)頻域氣動(dòng)力進(jìn)行有理函數(shù)擬合,得到時(shí)域狀態(tài)空間表達(dá)的氣動(dòng)彈性系統(tǒng)方程,設(shè)計(jì)速度負(fù)反饋控制和LQG控制兩種控制律。針對(duì)翼根處帶有一對(duì)壓電作動(dòng)器與傳感器的機(jī)翼與整個(gè)翼面帶有多對(duì)壓電作動(dòng)器與傳感器的機(jī)翼進(jìn)行顫振主動(dòng)抑制的研究,對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析與仿真計(jì)算驗(yàn)證了控制方法對(duì)顫振抑制的有效性