基于压电驱动器直升机主动后缘襟翼技术研究

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1、ClassifiedIndex:TB12U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHELICOPTERACTIVETRAILING-EDGEFLAPWITHPIEZOELECTRICACTUATORCandidate：QingqingLuSupervisor：Prof.JinsongLengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsA

2、ffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要振动和噪声问题是影响直升机工作效率的基本障碍。目前，许多关于直升机旋翼的研究都关注于通过降低旋翼的振动来提高直升机的整体工作性能。主动后缘襟翼方法是被认为最有希望实现旋翼振动主动控制的方法之一。随着智能材料（如形状记忆合金、形状记忆聚合物、压电材料等）的出现与快速发展，使得主

3、动后缘襟翼技术水平得到了很大的提高。其中压电材料因其响应频率高、控制简单、体积小、重量轻等优点，在主动后缘襟翼技术上应用具有明显的优势。在本文中设计了一种压电叠堆陶瓷驱动器，并将其用于主动后缘襟翼技术的研究。本研究旨在进一步拓宽通过压电驱动器驱动后缘襟翼技术实现直升机旋翼减振的工程应用基础。首先对主动后缘襟翼方法实现旋翼减振的原理进行了分析，针对不同的飞行条件，描述了两种带有后缘襟翼的直升机桨叶的空气动力学分析模型，一种是Theodorsen定常频域模型，一种是Hariharan-Leishman非定

4、常模型。并对两种飞行条件下后缘襟翼偏转对旋翼气动参数的影响做了算例分析，得出了后缘襟翼偏转的幅值和频率是影响旋翼气动特性的重要参数。进行了菱形压电驱动器的设计，并对菱形放大机构的力学简化模型进行了分析。针对直升机主动后缘襟翼方法，设计出适用于驱动后缘襟翼高效偏转的压电驱动器。为了获得合适的输出位移，对菱形放大机构的几何尺寸进行了分析，并讨论了铰链刚度和结构变形对驱动器驱动效果的影响。利用ABAQUS有限元分析软件建立了压电驱动器的有限元分析模型，模拟了压电驱动器在不同电压下的输出响应。进行了压电驱动器

5、驱动后缘襟翼的实验测试，通过输入不同的电压，包括直流电压和交流电压，测试了后缘襟翼的偏转响应。实验结果显示在190V直流电压输入情况下的偏转角可以达到6，在交流电压输入的情况下，偏转频率可已达到20Hz。基于实验所得的后缘襟翼偏转数据，利用系统辨识法推导出后缘襟翼偏转的数学模型，最后，利用Simulink工具设计了基于PID控制算法的主动后缘襟翼闭环系统，并对PID参数进行了优化调节。关键词：主动后缘襟翼；压电驱动器；菱形放大结构；PID控制器IAbstractAbstractVibrationand

6、noiseareprimarybarrierswhichlimitthefurtherimprovementsofthehelicopterefficiency.Thecurrentrotorresearchesmainlyfocusonimprovingthehelicopterperformancebyreducingunwantedvibration.Anactivetrailing-edgeflapisoneofthemosteffectiveapproachestofulfillingact

7、iverotorbladevibrationcontrol.Itismorepromisingthaneverbeforetoimprovetheperformanceofactivetrailing-edgeflapduetothedevelopmentofsmartmaterials,suchasshapememoryalloys,shapememorypolymersandpiezoelectricmaterials.Sincepiezoelectricmaterialspossessthech

8、aracteristicsofhighresponsefrequency,easytocontrol,smallvolumeandlightweight,theyhaveshownoutstandingadvantageforsmartactuatorswhichcanbeusedinactivetrailing-edgeflap.Inthisthesis,apiezoceramicactuatorhasbeendesignedforthestudyof