壓電纖維複合材料變形機翼的非線性動力學研究

《壓電纖維複合材料變形機翼的非線性動力學研究》是依託北京工業大學，由郭翔鷹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：壓電纖維複合材料變形機翼的非線性動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭翔鷹
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

世界百年航空發展進程中，素有“一代飛機，一代材料”之說。變形機翼的發展便依賴於先進複合材料的研發和套用,如何保證先進複合材料機翼結構變形過程中飛機的動態穩定性是當今國際研究的前沿問題。本項目綜合利用複合材料層合板殼理論，氣動彈性理論，非線性動力學理論研究在非定常氣動力作用下壓電纖維複合材料機翼結構在展向彎曲變形中的非線性動力學特性，建立非定常氣動力作用下壓電纖維複合材料變形機翼結構的非線性動力學模型，分析變形過程對結構關鍵參數的影響，分析不同來流馬赫數下變形機翼的臨界動壓，研究壓電纖維複合材料機翼在展向彎曲過程中的顫振問題及非線性振動的誘發機理，開展壓電纖維複合材料層合殼結構的非線性動態特性實驗研究，並與理論分析結果進行對比。期望研究成果能對壓電纖維複合材料機翼的設計提供理論依據，促進新型材料在航空航天中的套用，擴展非線性動力學理論的發展及在實際工程中的套用。

結題摘要

智慧型變形機翼的發展便依賴於智慧型材料的研發和套用,如何保證智慧型材料機翼結構變形過程中飛機的動態穩定性是當今國際研究的前沿問題。本項目綜合利用複合材料層合板殼理論，氣動彈性理論，非線性動力學理論研究了不同氣動力作用下壓電纖維複合材料智慧型機翼結構在展向彎曲變形中的非線性動力學特性，建立氣動力作用下壓電纖維複合材料變形機翼結構的非線性動力學模型，分析變形過程對結構關鍵參數的影響，分析不同來流馬赫數下變形機翼的臨界動壓，研究壓電纖維複合材料智慧型機翼在展向彎曲過程中的顫振問題及非線性振動的誘發機理，設計了連續光滑變形的展向變彎度壓電纖維複合材料智慧型機翼結構，並分析了不同激勵作用下實驗模型的動力學特性及變形過程中的動態穩定性並與理論分析結果進行了對比。同時擴展了研究內容，將展向可變形機翼結構擴展到展向可伸縮機翼結構和Z型摺疊機翼結構，並對此兩類結構進行了相應的理論分析，設計了不同形式的實驗構件，開展了此兩類變形機翼結構在變形過程中的動力學行為進行了研究。研究成果展示了不同的參數變化對此三類變形機翼結構動態特性的影響，以及多重耦合激勵作用下此三類結構變形過程中的穩定性，發現連續展向變彎度為5度，並且在低攻角範圍內，隨著後緣偏轉角度的增大，機翼的氣動特性得到顯著改善；機翼的最大升阻比對應的攻角隨著後緣偏轉角度增大而降低。相同的外激勵作用下，展向伸縮機翼在伸縮過程中動態特性變化為由穩定到不穩定再恢復穩定。Z型摺疊翼在0-150度的摺疊過程中90度時動態穩定性最好，摺疊角度越大動態穩定性越差。本研究成果能對不同智慧型機翼的設計提供理論依據，促進新型智慧型材料在航空航天中的套用，擴展非線性動力學理論的發展及在實際工程中的套用。