基本介紹
- 中文名：智慧型旋翼
- 外文名：smart rotor
- 所屬領域：航空航天
- 作用：從振源著手降低直升機噪聲
- 別稱：自適應旋翼
- 套用形式：槳葉俯仰控制等
原理,發展沿革,套用形式,常見方法,
原理
隨著智慧型材料技術的發展及其在旋翼飛行器減振降噪等方面的套用潛能，智慧型旋翼技術己成為國內外直升機新技術領域的一個研究熱點。智慧型旋翼概念是通過主動控制旋翼槳葉外段的翼型迎角變化，進一步控制槳葉氣動力分布，從而達到旋翼減振降噪的目的，目前，智慧型旋翼技術研究仍處於概念研究階段。主動扭轉智慧型旋翼槳葉其原理是：在具有彎扭耦合的主動扭轉樑上下表面分段貼上壓電材料層，通過主動扭轉梁的分段彎扭耦合驅動來產生梁的主動扭轉輸出，進而帶動槳葉外側的槳尖扭轉，由於外側槳尖處於高動壓區，一般只需很小的附加扭轉即可達到振動控制的效果。智慧型旋翼的減振機理分析，實質是一個旋翼氣動彈性分析過程，需要建立基於壓電複合材料層合梁的氣彈耦合分析模型，分析壓電複合材料層合梁的主動扭轉回響，通過與三維實體分析結果及原理模型試件的試驗結果對比，驗證模型的有效性和可靠性。
發展沿革
近幾年，隨著一類新型材料——智慧型材料(Smart material)技術的飛速發展以及其在直升機上的套用，使得直升機振動主動控制技術有了新的突破。智慧型材料的最顯著優點在於其重量輕、體積小、對外輸入回響速度快。用智慧型材料製成的作動器(也可製成感測器)可以很方便地安裝在直升機槳葉上工作，其廣泛的適應性和開發潛力必將遠遠超過笨重、複雜、體積龐大的傳統液壓式作動器和電磁式作動器。
目前在直升機振動控制領域受到廣泛關注的智慧型材料主要有以下兩類，即壓電陶瓷晶體(Piezoelectric)和磁致伸縮材料(Magnetostrictive)。美國的麥道直升機公司(MDHC,現已併入波音公司)和馬里蘭大學傾向於使用前者,而美國的Satcon公司則在套用磁致伸縮材料技術方面做了大量的研究工作。
利用智慧型材料的特殊屬性，安裝在直升機槳葉上的智慧型材料作動器(感測器)，一方面採集旋翼系統的動態回響信號傳輸給機載控制器；一方面接受機載控制器發出的控制信號產生作動運動直接或間接地驅動槳葉外端後緣附翼或改變槳葉的安裝角分布，引起附加的槳葉回響以達到抑振或降噪目的。套用智慧型材料進行振動、噪聲主動控制的旋翼系統被稱為智慧型旋翼(Smart rotor)，又稱自適應旋翼(Adaptive rotor)。它的出現必將對傳統的直升機構造形式、總體性能及飛行品質產生革命性的影響。
套用形式
智慧型旋翼主要有以下幾種可能的套用形式:
①槳葉俯仰控制;
②槳葉扭轉控制;
③槳葉翼型剖面彎度控制;④槳葉主動附翼控制。
從目前國外研究的結果來看,普遍認為主動控制後緣附翼方案最為可行,並且已經做了一些計算機仿真研究和有限的風洞旋翼模型試驗。
常見方法
常見的技術方法有：
1．電致槳葉扭轉技術
1)壓入複合槳葉結構中的壓電躍變薄片產生電致扭轉 存槳葉的玻璃纖維蒙皮里壓人斜向的壓電陶瓷(PZT)薄片的槳葉，會因為PZT薄片的電驅動作用引起槳葉的扭轉。試驗表明，當激勵接近共振頻率(50Hz和95Hz)時，該漿葉產生了明顯的扭轉回響。
2)扭轉板壓電作動器產生電致扭轉
扭轉板壓電作動器通常用於剛性較大的自適應旋翼。目前正在研製和試驗中的智慧型材料扭轉板，是由金屬基體和沿斜向布置的壓電陶瓷板(DAP)組成的。扭轉板靠分布在板上表面和下表面極性相反的PZT的驅動產生扭轉。
2．智慧型纖維複合材料產生的扭轉
智慧型纖維複合材料是由玻璃纖維層和PzT纖維層層壓而成的。PZT纖維層在環氧樹脂層和聚醯亞胺電塗膜層里有連續直線排列的PZT纖維。電塗膜被蝕刻進交指型模板中，此模板能引起沿纖維方向的電場，從而引起壓電效應。
3．離散式電致應變驅動技術
1)帶彎一扭電致作動器的智慧型槳尖扭轉技術
目的是利用智慧型槳尖的扭轉，控制旋翼的振動和進行氣動彈性研究。全動槳尖的轉動由置於槳葉內的電致應變旋轉作動器驅動。槳尖由沿展向45°、0°鋪層結構和直接沿斜向布置的相連的PZT薄片作動器組成。作動器基於彎一扭耦合原理驅動，梁式作動器沿翼展方向逐段驅動，這樣，當電致應變扭曲率疊加形成槳尖純扭時，電致應變彎曲曲率消失。
2)旋翼槳葉附翼驅動產生的扭轉
達到與電致應變驅動槳葉同樣效果的另一途徑是在旋翼槳葉上安裝伺服附翼。目前的理論研究已經表明，氣動伺服附翼具有進行直升機旋翼主動控制的能力。
智慧型材料電致應變作動器布控制氣彈和振動方面的研究逐漸從實驗室內縮比模型的概念驗證發展到全尺寸直升機上的套用。
