飞行器主翼变体结构设计及控制方法研究

发布时间：2017-07-31 11:04

  本文关键词：飞行器主翼变体结构设计及控制方法研究

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【摘要】：随着科学技术的发展,飞行器能够在变化很大的飞行环境(马赫数、高度等)下和在执行多种任务(如起降、巡航、机动、盘旋、攻击等)时始终保持良好性能成为了新的挑战。形状记忆合金(SMA)作为新型的智能材料,因其有良好的性能驱动、较高的能量密度和环境适应性强等优点,为超音速条件下变体飞行器研究带来了可行性。本文对基于SMA丝驱动器的变体飞行器结构进行了理论分析、驱动结构设计以及实验研究。首先,针对SMA丝力学性能展开驱动理论分析。其次,依据变体飞行器变形概念进行基于SMA的驱动结构设计,其中包括飞行器主翼的前缘、副翼、襟翼、小翼的结构设计和SMA丝合理布置方案。在CATIA软件中建立了变体机翼模型,通过ANSYS仿真得出驱动结构的可行性,最后通过数控加工方式制作并装配了实物模型。最后,设计了基于CRIO-9068控制器的嵌入式测控系统,通过CRIO-9068控制器实时采集角度和温度,实现对基于SMA的变体机翼驱动结构实时控制,并通过以太网将实验相关数据传输到上位机。软件部分采用LABVIEW图形化编程语言设计了人机交互界面和LINUX操作系统下的实时控制下位机程序。
【关键词】：变体飞行器 形状记忆合金(SMA) 嵌入式操作系统 CATIA LABVIEW
【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】：2016
【分类号】：V224
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 变体飞行器的研究背景和意义15
• 1.2 变体飞行器的国内外研究现状15-20
• 1.2.1 变体飞行器的国内外发展现状15-17
• 1.2.2 SMA驱动变体机翼结构17-20
• 1.2.3 变体飞行器控制系统研究20
• 1.3 本文的主要研究内容20-21
• 1.4 本章总结21-22
• 第二章 基于SMA的飞行器主翼翼面变体结构设计22-45
• 2.1 SMA性能分析和本构模型22-25
• 2.1.1 SMA性能22
• 2.1.2 SMA本构模式22-23
• 2.1.3 SMA触发方式和驱动方式23-25
• 2.2 变体机翼气动载荷分析25-27
• 2.2.1 机翼弦平面结构尺寸设计25
• 2.2.2 机翼结构气动载荷分析25-27
• 2.2.3 各部分力矩分析27
• 2.3 前缘襟翼和后缘襟翼结构设计27-33
• 2.3.1 前缘襟翼和后缘襟翼结构设计27-28
• 2.3.2 前缘襟翼和后缘襟翼力学分析28-30
• 2.3.3 SMA丝长度计算30-31
• 2.3.4 前缘襟翼和后缘襟翼蒙皮结构设计31
• 2.3.5 横梁可靠性分析31-33
• 2.4 开裂副翼结构设计33-36
• 2.4.1 开裂副翼结构设计33
• 2.4.2 后缘副翼力学分析33-35
• 2.4.3 副翼蒙皮结构设计35-36
• 2.5 翼尖小翼结构设计36-39
• 2.5.1 小翼结构设计36
• 2.5.2 小翼力学分析36-38
• 2.5.3 小翼蒙皮结构设计38-39
• 2.6 支撑架结构设计39-41
• 2.7 模型的制作和组装41-43
• 2.7.1 SMA的固定和冷却装置41-42
• 2.7.2 传感器固定42
• 2.7.3 变体机翼整体模型42-43
• 2.8 本章总结43-45
• 第三章 飞行器主翼变体测控系统设计45-63
• 3.1 测控系统原理45
• 3.2 测控系统硬件设计45-49
• 3.2.1 嵌入式控制系统45-47
• 3.2.2 传感器模块47
• 3.2.3 执行机构模块47-49
• 3.3 变体机翼控制方法研究49-52
• 3.3.1 离散化PID控制算法50-51
• 3.3.2 分段式PID控制51-52
• 3.4 测控系统软件设计52-61
• 3.4.1 上位机程序设计54-57
• 3.4.2 上下位机通信程序设计57
• 3.4.3 下位机程序设计57-61
• 3.5 本章总结61-63
• 第四章 飞行器主翼变体控制实验63-72
• 4.1 实验准备工作63-64
• 4.2 变体机翼控制实验64-70
• 4.2.1 空载极限变形实验64-68
• 4.2.2 横航向变体控制实验68
• 4.2.3 纵航向变体控制实验68-70
• 4.3 结果分析70-71
• 4.3.1 空载变形结果分析70
• 4.3.2 风洞实验结果分析70-71
• 4.4 本章总结71-72
• 第五章 总结与展望72-74
• 5.1 变体机翼设计总结72
• 5.2 研究工作展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78-79
• 附录79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 朱华;刘卫东;赵淳生;;变体飞行器及其变形驱动技术[J];机械制造与自动化;2010年02期

2 刘芹;任建亭;姜节胜;郭运强;;SMA本构模型及其应用的研究进展[J];力学进展;2007年02期

3 李瑞先;谭德荣;曹雁锋;;基于组态王测控系统软件的设计及实现[J];测控技术;2006年06期

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本文编号：598810