《MFC智慧型旋翼振動控制》是依託西安交通大學，由張紅艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：MFC智慧型旋翼振動控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張紅艷
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
旋翼系統是直升機研製與發展的技術核心，也是直升機中最主要的振動源和噪聲源，其振動問題直接影響直升機的運行性能。智慧型旋翼控制已成為最有前途的振動控制方案之一，是當前多學科交叉的學術研究前沿。項目根據均勻場理論，建立目前最理想的智慧型材料- - 粗壓電纖維複合材料（MFC）的代表體積胞元力學模型，套用壓電材料在力、電、熱共同作用下的非線性本構模型，研究MFC在多場耦合作用下的非線性力學行為；在已有旋翼非線性有限元建模及氣動力研究的基礎上，引入MFC材料非線性，建立包含旋翼幾何大變形、氣動彈性力的合理有效的MFC智慧型旋翼非線性動力學模型，分析其非線性動力特性及MFC作動器的配置策略；對MFC智慧型旋翼進行主動扭轉控制，通過數值模擬和實驗研究MFC智慧型旋翼在懸停和平穩前飛兩種狀態下MFC作動器的扭轉作動性能和減振效果。為智慧型旋翼跨專業最佳化設計及提高直升機運行的安全性、穩定性和舒適性提供理論依據和研究方法。
結題摘要
旋翼系統是直升機技術的核心，是其最主要的振動源和噪聲源，智慧型旋翼是直升機技術發展的前沿。本項目以MFC（Macro Fiber Composite）智慧型旋翼系統為研究對象，採用實驗和數值分析相結合的方法，進行了該系統在多場耦合作用下的非線性建模、動力特性及降噪減振研究。主要完成了以下幾個方面的工作：（1）採用解析法研究了由於MFC材料中的壓電纖維的非線性極化行為所導致的殘餘應力對這種1-3型壓電複合材料橫向振動模態、頻散曲線等動態特性的影響。（2）進行了含有MFC作動器的預扭梁結構在力場和電場共同作用下的動態行為實驗，研究了結構扭轉角隨外加電場、力場的變化；建立了該結構的數值模型，同實驗結果進行了對比驗證，研究MFC材料的剛度矩陣和壓電矩陣各向異性等參數對結構扭轉角的影響，探討了MFC作動器的作動機理，及其作為作動器的配置策略。（3）搭建了旋翼槳葉縮比模型實驗台，進行了槳葉模型的模態實驗，建立了包含幾何大變形、應力剛化的旋翼槳葉的聲振耦合模型，研究了旋翼在靜止、旋轉情況下的動力特性及其在耦合場影響下的變化規律和其中存在的非線性現象。（4）在消聲室進行了旋翼懸停狀態下對應不同轉速、距角、測點距離和角度的噪聲實驗；建立了多場作用下旋翼系統的流固耦合數值模型，將數值結果同實驗結果進行了對比驗證，研究了旋翼噪聲隨轉速等不同因素的變化規律。（5）直升機主軸的振動也是旋翼系統振動中的一個重要因素。採用考慮Hertzian接觸力和內間隙等非線性因素的滾動軸承動力學模型，建立了滾動軸承－旋翼主軸系統的非線性動力學模型。通過數值仿真，研究了滾動軸承—旋翼主軸系統的非線性動力特性。本項目的研究將為智慧型旋翼跨專業最佳化設計及提高直升機運行的安全性、穩定性和舒適性提供必要的理論依據和研究方法。
