新型预压紧式压电驱动器及其在舵机上的集成设计研究

发布时间：2020-09-28 10:42

　　舵机作为飞行控制系统的执行机构,其性能决定着飞控系统的性能。压电双晶片具有质量轻、功耗低、结构简单等优点,非常适合用于微小型飞行器、智能弹药操纵舵面的作动器。但是在很多情况下,压电双晶片位移输出能力不足,需要各种放大机构放大其输出能力,但这又牺牲了双晶片的输出力。针对这一问题,国外有学者提出了PBP(后屈曲预压缩)的概念。对双晶片采用轴向预压的结构形式,利用其结构稳定性提高双晶片的输出性能,解决了输出力与输出位移的矛盾。本文基于上述原理,通过理论和实验的方法分析双晶片的结构稳定性对其输出性能的影响。具体的研究内容和成果如下:1.利用分析力学或有限元的方法建立轴向预压缩双晶片的结构动力学模型。给出不同轴向力与电压下双晶片的静、动力学特性表达式,分析结构稳定性对双晶片输出性能的影响。2.给出两种压电舵机方案,建立舵机的刚柔耦合动力学模型。分析不同轴向力下舵机的舵偏角-负载力矩特性、舵机的稳态响应与瞬态响应等。从理论上证明了增大轴向力能够同时提高舵机的输出转角与输出力,在大轴向力下舵机仍具有较高的带宽和毫秒级的响应时间。设计并加工出样机。3.通过实验的方法研究双晶片的静、动力学特性,证明了增大轴向力能够显著地提高双晶片的位移输出能力,大轴向力下双晶片仍具有高带宽与响应快的优势。4.针对二维弹道修正系统的舵机控制方式开展了弹载四通道舵机的集成设计。根据理论分析的结果给出预压力加载机构设计方案,分析预压力加载机构需满足的行程、位移分辨率与力的指标。搭建实验平台验证了单通道舵机的可行性。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V249.1
【部分图文】：

襟翼,压电,伺服,内部结构

因此，有必要确定地描述轴向预压缩双晶片的静、动态特性，包舵面负载、转轴与舵面惯量及各种复杂边界条件等对双晶片的输出性能的就是建立描述双晶片及此类压电舵机在轴向预压力、外部电压、负载和结构动力学模型。建立舵机系统的动力学模型，分析输入电压、轴向舵机静、动态特性的影响，给出 PBP 概念在舵机上的设计方案，通过仿确性及设计方案的合理性。外研究现状片在飞行器上的应用研究现状美国麻省理工学院航空航天系的 Hall 等人设计并制造出一种用于直升襟翼。该设计利用柔性铰链将压电双晶片连接到控制表面，双晶片的尾控制面通过柔性铰链连接于机翼主体。压电伺服襟翼的结构如图 1.1 所台进行实验，测试压电襟翼的频率响应、铰链力矩及位移输出能力。在度可达 11.5°，带宽高达 100Hz。实验数据表明，如果对驱动器进行适在直升机叶片 90%跨度位置上将产生大于 5°的襟翼偏转[21]。

自适应舵,驱动原理,双晶片

自适应舵面内部结构与驱动原理

双晶片,舵面,内部结构,负载匹配

图 1.3 双晶片驱动的舵面内部结构图 1.4 双晶片舵机在旋翼无人机上的应用尔夫特理工大学航空工程系的 Barrett 将压电双晶片用于片的负载匹配概念。Barrett 设计了变截面的双晶片，双晶了证明这种新型负载匹配双晶片的可行性，Barrett 设计并m 的矩形双晶片，10 个相同质量和长度，宽度成指数函数的结果可知，矩形双晶片的根部表现出很大的应变峰值，匀。冲击测试结果表明，矩形双晶片在冲击加速度 3500g效，而负载匹配双晶片可以承受高 8000g 的加速度。Bar 所示，弹头主要由前置外壳、底座、电源、球形铰链、压电底座相连，通过双晶片的弯曲驱动前置外壳绕球铰转动。

【参考文献】