基于压电作动的主动弹性控制技术研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:areyoureadygolaopo
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随着大型客机的发展,大展弦比柔性机翼的出现使得客机在遭遇阵风时受到的影响显著增加,进而形成阵风载荷减缓的研究。在阵风载荷减缓控制设计时,通常需进行风洞试验验证。如何创造满足要求的阵风流场,如何进行阵风响应风洞试验成为关键,而压电作动器由于其重量轻,响应快等特点在主动气动弹性控制领域具有很大潜力。本文以阵风发生装置产生阵风流场为基础,以二元俯仰沉浮机翼为对象,通过压电作动的方式,设计了完整的阵风响应及其载荷减缓试验技术方案,主要内容如下:针对阵风发生装置建立的阵风流场进行CFD数值仿真。采用SST K-ω湍流模型,基于扩散光顺法和网格重构法的动网格更新方式,考虑阵风发生装置的叶片偏转角度,叶片偏转频率和风洞的来流速度三种运动参数对阵风幅值的影响进行仿真分析,总结出装置三种运动参数对垂直阵风幅值的影响规律。通过阵风发生装置在低速风洞上搭建阵风流场试验平台。针对CFD仿真结果进行风洞试验,使用二维热线风速仪测量阵风流场垂直阵风风速,验证数值仿真结果。针对二元俯仰沉浮机翼进行数值建模仿真与风洞试验。通过锤击法和风洞试验获取二元机翼的固有模态及颤振速度,结合阵风流场特性,设定阵风响应试验工况;结合Theodorsen理论对机翼进行运动学建模,模拟仿真垂直阵风对机翼产生的影响;利用应变片和加速度传感器测量机翼在阵风风洞流场试验中的响应,验证仿真结果。建立压电作动控制系统模型。根据压电作动器的特性,基于Hammerstein模型建立作动器数学模型,通过PID控制算法,针对二元机翼的阵风响应进行控制,实现阵风载荷主动减缓。仿真结果表明:在1Hz阵风频率下,二元机翼沉浮位移和俯仰角度减缓效率达50%;2Hz阵风频率下减缓效率达30%。整体仿真方法及试验方案在阵风载荷减缓试验可行。
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