面向結(jié)構(gòu)型面控制的壓電纖維驅(qū)動器與驅(qū)動器布局協(xié)同優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、能夠根據(jù)工作環(huán)境改變飛機翼面形狀的自適應(yīng)變形能力是未來航空、航天飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計追求的重要目標。壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器(Macro Fiber Composite，MFC)以其質(zhì)量輕、適應(yīng)性好、響應(yīng)速度快、高驅(qū)動應(yīng)變能密度等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。如何在低成本下，提高飛機翼面的變形控制精度與穩(wěn)定性已成為一個重要的研究課題。本文以機翼型面控制為研究背景，研究了壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對驅(qū)動器性能的影響;以實際驅(qū)動型面與理想型面的均方差最

2、小為優(yōu)化目標，建立了面向型面控制需求的驅(qū)動器布局和驅(qū)動器控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型;研制了由壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器驅(qū)動的類機翼試件，實驗結(jié)果充分驗證了本文所提出的面向結(jié)構(gòu)型面控制的驅(qū)動器布局和控制參數(shù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計模型的有效性和可行性。本論文具體研究工作如下:
　　(1)建立壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析模型。以壓電纖維復(fù)合驅(qū)動器的電極寬度、電極指間距、壓電纖維厚度、壓電纖維體積分數(shù)為優(yōu)化對象，以驅(qū)動器驅(qū)動應(yīng)變最大為優(yōu)化目標，建立了影響驅(qū)

3、動器驅(qū)動性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計模型。仿真結(jié)果表明:由于均勻電場與不均勻電場的存在，驅(qū)動器的電極寬度有一個驅(qū)動應(yīng)變極值點，電極指間距與壓電纖維厚度均越小對驅(qū)動應(yīng)變越有利，而壓電纖維的體積分數(shù)越大，驅(qū)動性能越好。但考慮到加工工藝、電擊穿、脆性等因素，在設(shè)計中需要綜合考慮驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　(2)建立了基于有限元算法的驅(qū)動電壓對翼面結(jié)構(gòu)形狀控制優(yōu)化模型。分別建立了單一電壓、多個不同驅(qū)動電壓控制的優(yōu)化設(shè)計模型，仿真結(jié)果表明:基于多

4、個不同控制電壓的型面結(jié)構(gòu)，彎曲變形的型面均方差相比于單一控制電壓均方差提高了近42.28％;扭轉(zhuǎn)變形的型面均方差相比于單一控制電壓均方差提高了3.82％;彎扭變形的型面均方差相比于單一控制電壓均方差提高了26.71％。
　　(3)建立了基于遺傳算法的驅(qū)動器布局與控制參數(shù)協(xié)同優(yōu)化模型。以驅(qū)動器的鋪設(shè)位置、鋪設(shè)角度、層數(shù)、對稱性以及控制電壓為設(shè)計變量，以驅(qū)動器的擊穿電壓、鋪設(shè)位置限制等為約束，建立多參數(shù)下彎曲、扭轉(zhuǎn)、彎扭型面的協(xié)同優(yōu)化