压电叠层作动器驱动主减撑杆的直升机振动主动控制

发布时间：2020-08-07 02:18

【摘要】：直升机可垂直起落,空中悬停,与其他飞行器相比,有着很多优势。但直升机机身承受着严重的振动,对飞行员的正常工作产生影响,降低飞行员操作的准确性和舒适度,降低飞行品质,增加事故产生的可能性,使机载设备和武器系统的使用效能发挥不了正常水平。因此,对直升机的振动进行控制,是高性能直升机研发面临的首要难题之一。本文建立了压电叠层作动器驱动主减撑杆的直升机振动主动控制方法。利用压电材料的正逆压电效应特性,推导出特定边界条件下压电叠层作动器的压电方程。从压电方程出发,用有限元方法建立压电叠层作动器的理想化力学模型,确定输入电压和输出的力或位移之间的关系。基于压电叠层作动器的力学模型,对聚焦式主减系统进行动力学分析得到平面理论模型,通过有限元方法进行空间主减系统/机体耦合建模,在Patran软件中建立有限元模型,获得动力学方程中的参数。采用前馈控制方法,选择FIR滤波器建立基于滤波x-LMS算法的自适应前馈控制律。基于滤波x-LMS算法自适应前馈控制律,选择不同测量点振动加速度响应进行控制。通过系统的动力学方程推导出系统的状态方程,在SIMULINK中建立主减系统/机体耦合模型的控制模型,对压电叠层作动器的驱动能力进行评估,对主减系统/机体耦合模型在稳态激励和激励参数变化情况下进行主动控制仿真分析。仿真结果表明,在主减撑杆处加装压电叠层作动器在稳态激励和激励参数变化情况下都能有效快速地降低振动。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V275.1
【图文】：

直升机振动,载荷频率,振动载荷

压电叠层作动器驱动主减撑杆的直升机振动主动控制系统通过支架和机身相连，最终引起机身的振动。率与旋翼的转速和桨叶片数相关的交变载荷就是直升机的主要振源。图升机振动载荷频率谱。由图 1.1 可以看出，振动集中在频率为 N 的整数达到时，振动载荷是最大的，所以，被叫做旋翼主通过频率，参数[3]。

直升机振动

南京航空航天大学硕士学位论文结构动力学的特殊性与工作状态的多样性，仅从设计环节着手进行减振研究很难做到最优化设计，不能有效地解决这种有全局影响的振动问题。任何一架成功的直升机都宁可以牺牲一定的重量或成本为代价，在采取有效的振动控制手段上下一番功夫。直升机振动控制技术也与旋翼新技术、反扭矩新技术和复合材料的应用并称为直升机发展中的四大关键技术[6]。图 1.2 为振动控制的主要方法[7]，根据是否需要外源能量输入，直升机振动控制的方法可分为振动主动控制和振动被动控制两种。要降低振动的影响，应该从其产生的根源、传递和作用三方面进行设计。

示意图,隔振系统,节点,示意图

大部分的直升机都采用了刚性联结结构，主旋翼和机身相递给后者，尽管这样的设计并未加重直升机的整体重量，但却致直升机的飞行稳定性、安全性受到影响，很多事故因此而发的研究。到了 50 年代，橡胶隔振方法被应用到直升机中，揭开种方法具有一定的隔振效果，不过考虑到橡胶是一种不耐磨、在使用的过程中需要经常更换橡胶，并且也会影响到飞行员的重量提高了 1%。经过人们不断的研究和实践，主减隔振不断型号。较广泛的主减隔振技术包括了节点梁隔振、聚焦隔振、动力反梁隔振系统如图 1.3 所示，是 1973 年贝尔直升机公司提出的等早期型号中[20]。节点梁隔振系统可以实现多频隔振，将主减挂于梁的振型节点处，这些节点在梁的受迫振动中的振动响应很低的振动水平。尽管这种方法能够让振动降低 50%~90%，不杂，整机质量会提高 6%，在现代直升机上人们更倾向于其他

【参考文献】