基于多級磁流變阻尼器的顫振半主動抑制.pdf

1、近年來，基于磁流變阻尼器的振動半主動控制技術取得重要進展，并被應用于土木結構、車輛懸架的振動控制。由于該技術穩(wěn)定性好、成本低、重量輕、能耗小，從而引起了航空科技界的關注。本學位論文嘗試通過磁流變阻尼器來實時調節(jié)機翼與操縱面之間的扭轉剛度和阻尼，進而改善整個機翼系統(tǒng)的顫振特性。本文的主要學術貢獻如下： (1) 提出了多級磁流變阻尼器的概念，其特點是通過改變磁場作用面積來改變阻尼力矩的大小，從而實現(xiàn)了阻尼力矩的分級調節(jié)。設計了適用于機

2、翼操縱面結構的多級磁流變阻尼器。基于流變力學建立了多級磁流變阻尼器的輸出力矩理論模型，推導了磁場作用面積和輸出力矩的函數(shù)關系。針對不同激勵頻率、激勵位移和磁場作用面積，通過試驗獲得了該阻尼器的特性，基于實驗數(shù)據(jù)建立了描述阻尼器動態(tài)特性的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型。 (2) 針對帶有操縱面的三自由度翼段，基于Theodorsen 非定常氣動力模型建立了其氣動彈性方程，研究了氣動彈性系統(tǒng)的顫振機理。分析了機翼結構的頻率比，阻尼比等參數(shù)與顫振臨

3、界速度和顫振頻率之間的關系；探討了結構參數(shù)對顫振形態(tài)的影響，從理論上證明通過提高操縱面的轉動阻尼比可提高氣動彈性系統(tǒng)的顫振臨界速度。 (3) 針對上述三自由度翼段設計了抑制操縱面顫振的半主動控制算法。包括常阻尼控制、開關控制、輸出反饋次最優(yōu)控制以及輸出反饋次最優(yōu)關控制。根據(jù)機翼模型、非定常氣動力模型和磁流變阻尼器建立了氣動彈性系統(tǒng)仿真模型，并結合半主動控制算法進行了不同空氣速度下的數(shù)值仿真分析。仿真結果表明，氣動彈性系統(tǒng)模型的顫振

4、臨界速度可提高53.85﹪。 (4) 基于結構力學、Theodorsen 非定常氣動力模型和片條理論建立了大展弦比平直機翼的氣動彈性方程。研究了大展弦比平直機翼的顫振機理，分析了大展弦比平直機翼的結構參數(shù)對顫振臨界速度和顫振形態(tài)的影響。從理論上闡述了使用磁流變阻尼器來提高顫振臨界速度的可行性。研究了帶有多個磁流變阻尼器的大展弦比平直機翼的半主動控制算法，并進行了數(shù)值仿真分析。結果表明，半主動控制可以將大展弦比平直機翼的顫振臨界速度

5、提高17.24﹪。 (5) 設計并實現(xiàn)了帶有多級磁流變阻尼器的三自由度翼段模型實驗系統(tǒng)，構建了數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)和阻尼器伺服電源系統(tǒng)，開發(fā)了計算機半主動控制軟件，并在風洞中進行了三自由度機翼氣動彈性系統(tǒng)的半主動控制實驗。在不同風速條件下，對顫振半主動控制算法進行了驗證，并比較了不同半主動控制算法的控制效果。實驗結果表明，半主動控制可以有效地提高氣動彈性系統(tǒng)的顫振臨界速度，最多可達到26﹪。風洞實驗與理論分析、數(shù)值仿真