《熱載荷下飛行器結構的變剛度主動控制技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由王雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱載荷下飛行器結構的變剛度主動控制技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王雷
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目是對飛行器結構熱變剛度問題進行智慧型結構主動控制的基礎套用研究。通過採用形狀記憶合金（SMA）和壓電陶瓷（PZT）設計成型式作動器，對熱變剛度結構進行靜態剛度及等效模態動剛度的分散式自適應主動控制問題進行深入研究。通過探討熱-動-電-彈性多個能場耦合下SMA/PZT材料作動器的本構關係，得到飛行器熱變剛度層合結構非線性系統模型；建立基於離散面域的分散式作動器的控制力/力矩函式矩陣，提出薄壁飛行器結構靜態剛度控制的最佳化策略分析方法；提出一種可以對智慧型結構的模態等效熱變剛度進行動態閉環主動控制的智慧型元數值仿真分析方法；在此基礎上進行分布成型式（shaping）作動器的研究，產生非均勻控制力/力矩；從而提高處於不同運動姿態及動態溫度場下的空間飛行器結構的熱模態等效剛度精密控制效果。本項目對提升空間飛行器的安全可靠性，提高飛行器的控制精度和智慧型化水平具有極其重要的研究價值。
結題摘要
本課題通過分析飛行器外包結構在熱載荷下剛度變化情況，利用智慧型材料設計新型剛度主動控制作動器對飛行器在氣動熱載荷作用下結構剛度變化進行適應性主動控制。本文對飛行器代表性外包結構在熱載荷下的剛度變化主動控制進行研究，具體包括以下幾個方面。 構建迴轉曲面殼體結構智慧型元數學模型，建立混合程式仿真系統對模型進行求解。基於通用薄殼理論，建立了圓環殼結構動力學模型。利用有限差分法將其轉化為包含控制項的智慧型元矩陣模型。在圓環殼結構的基礎上增加軸向維度，對圓柱殼結構進行周向與軸向差分，考慮溫度影響，得到熱載荷下圓柱殼智慧型元矩陣模型。基於圓環、圓柱殼結構智慧型元矩陣模型，採用C++與MATLAB建立了混合程式仿真系統。以餘弦式布置壓電圓環殼和兩端簡支圓柱殼為算例，分別對模型進行求解。經過時域與頻域仿真後，得到了結構在受控前後的模態特性。與理論值對比，驗證了智慧型元矩陣模型與混合程式仿真系統的有效性。 設計與最佳化形狀記憶合金（SMA）剛度主動控制作動器。基於圓柱殼智慧型元模型構成與混合程式仿真所得圓柱殼結構模態特性，設計了SMA驅動的軸向直線型和螺旋式剛度主動控制作動器。使用有限元仿真對具有不同構型參數的作動器作動前後圓柱殼結構靜力學特性與模態特性進行仿真，分析結果後對作動器構型參數進行了最佳化，得到了具有最佳構型的作動器設計方案。 基於作動器最優設計方案，進行了懸臂板和圓柱殼剛度主動控制實驗。對SMA驅動源進行力學性能測試後，對不同加熱時間條件下結構剛度主動控制系統的模態特性實驗結果進行了記錄與分析，驗證了本文所推導的結構剛度主動控制理論模型與仿真計算結果的正確性，證明了作動器對圓柱殼結構剛度控制的有效性。
