基于压电技术的飞机壁板结构振动与噪声控制

发布时间：2017-08-22 18:12

  本文关键词：基于压电技术的飞机壁板结构振动与噪声控制

  更多相关文章： 振动与噪声控制 压电元件 同步开关阻尼技术 飞机壁板结构 FXLMS自适应控制 半主动控制 主动控制

【摘要】：现代高性能军机的研制开发、飞机动力装置等的升级换代，带来了日益严峻的飞机结构振动疲劳与声疲劳问题，如美国F-18飞机大攻角飞行时发生的垂尾抖振疲劳破坏；另一方面，民用飞机适航认证要求越来越严格，对飞机机舱舒适度等要求也不断提高，如ARJ支线飞机在正式运营前要求开展试验，以验证飞机振动噪声指标达到了适航要求。因此，如何有效控制飞机结构的振动与噪声问题是目前飞行器发展中急需解决的关键问题之一。 随着控制技术的发展，越来越多的国内外学者利用主动/半主动控制技术开展结构的减振降噪研究，同时随着压电智能材料的发展，将压电技术应用于结构振动主动/半主动控制研究，成为减振降噪技术领域的一个前沿方向。本文在航空科学基金飞机典型壁板结构的压电噪声控制（编号20091523010）的资助下，开展了飞机典型结构的压电减振降噪理论分析与实验研究。主要完成的研究工作如下： （1）开展了压电主动控制与半主动控制理论及在减振降噪中的应用方法研究。在振动半主动控制方面，重点进行了短路同步开关阻尼（SSDS）、电感同步开关阻尼（SSDI）、外加电压源同步开关阻尼（SSDV）等方法的研究；在振动主动控制方面，研究了FXLMS自适应控制方法的次级通道识别方法及控制算法，并成功应用于飞机典型壁板结构的减振降噪。 （2）建立了振动与噪声载荷下，带压电分流电路的板状结构振动与噪声控制系统模型，推导出压电分流电路中压电元件的应变能与动能表达式，以及粘贴压电元件后薄板结构的应变能与动能表达式，获得了带压电分流电路薄板的表面阻抗及吸声系数，为飞机典型壁板结构压电减振降噪提供了理论基础。 （3）基于压电分流减振降噪原理，进行了带压电分流电路的板状结构、加筋板结构、飞机典型壁板结构振动控制时的压电元件布局设计，得到了压电元件布局方式对结构振动控制效果的影响规律，为飞机典型壁板结构压电减振降噪提供了压电元件布局方法。 （4）设计了电感同步开关阻尼电路，在噪声激励下，以飞机典型壁板结构为研究对象，开展了基于电感同步开关阻尼的压电半主动振动控制实验研究，结果表明，通过压电半主动控制可使结构振动响应幅值降低25%。 （5）以飞机机身舱段壁板结构为研究对象，基于压电主动控制技术与FXLMS自适应控制方法，开展了压电减振降噪实验研究。结果表明，结构振动响应幅值可降低63%，，噪声声压级可降低10.6dB。 本文工作的创新点如下： （1）以飞机壁板结构为研究对象，基于压电分流减振降噪原理，进行了振动的压电半主动控制，得到了压电元件布局对结构振动控制效果的影响规律。 （2）首次利用SSDI压电半主动控制技术，开展了飞机典型壁板结构在噪声激励下的振动控制实验研究，实验结果与仿真结果一致性较好，验证了SSDI控制方法在飞机典型壁板结构减振降噪中应用的有效性及可行性。 （3）首次将FXLMS自适应控制方法应用于飞机机身舱段壁板结构的压电主动振动与噪声控制实验，取得了良好的控制效果，为飞机壁板结构减振降噪提供了一种新的技术手段。
【关键词】：振动与噪声控制 压电元件 同步开关阻尼技术 飞机壁板结构 FXLMS自适应控制 半主动控制 主动控制
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V214.42
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-32
• 1.1 结构的振动疲劳与声疲劳问题10-12
• 1.2 振动与噪声控制12-14
• 1.3 采用压电材料的减振降噪技术14-26
• 1.3.1 压电效应15-18
• 1.3.2 采用压电元件的振动控制技术分类18-26
• 1.4 压电减振降噪技术在飞机结构中的应用及存在的问题26-29
• 1.5 本文研究内容29-32
• 第二章 振动与噪声控制原理32-50
• 2.1 同步开关阻尼32-35
• 2.1.1 压电元件与结构耦合的数学模型32-33
• 2.1.2 同步开关阻尼电路中的能量关系33-35
• 2.2 短路同步开关阻尼35-38
• 2.2.1 短路同步开关阻尼减振原理35-36
• 2.2.2 短路同步开关阻尼电路中的能量关系36-38
• 2.3 电感同步开关阻尼38-40
• 2.3.1 电感同步开关阻尼减振原理38-39
• 2.3.2 电感同步开关阻尼电路中的能量关系39-40
• 2.4 外加电压源同步开关阻尼技术40-42
• 2.4.1 外加电压源同步开关阻尼减振原理40-41
• 2.4.2 外加电压源同步开关阻尼电路中的能量关系41-42
• 2.5 板状结构振动与噪声控制理论42-48
• 2.6 小结48-50
• 第三章 压电分流减振降噪中的压电元件布局分析50-70
• 3.1 飞机蒙皮结构51-57
• 3.2 飞机加筋板结构57-63
• 3.3 飞机典型壁板结构63-68
• 3.4 小结68-70
• 第四章 基于电感同步开关阻尼的飞机壁板结构振动半主动控制实验70-82
• 4.1 压电振动控制系统70-72
• 4.2 实验系统介绍72-74
• 4.3 压电振动控制实验74-78
• 4.4 结果分析78-82
• 4.4.1 实验与仿真结果一致性分析78-79
• 4.4.2 实验结果分析79-82
• 第五章 基于 FXLMS 自适应控制方法的飞机壁板结构减振降噪主动控制实验82-100
• 5.1 结构模态测试83-86
• 5.2 基于 FXLMS 自适应控制方法的压电主动控制86-90
• 5.3 减振降噪控制器设计90-94
• 5.4 减振降噪实验94-98
• 5.5 小结98-100
• 第六章 总结与展望100-102
• 6.1 全文工作总结100-101
• 6.2 研究展望101-102
• 参考文献102-110
• 致谢110-112
• 攻读博士学位期间发表的科研论文112
• 攻读博士学位期间参与的科研工作112-113

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王建军;姚建尧;李其汉;;分支电路压电阻尼系统的分析模型和基本特性[J];工程力学;2005年06期

2 杨智春,崔海涛,孙浩;压电分流阻尼控制悬臂梁振动的实验研究[J];机械科学与技术;2005年05期

3 杨智春,孙浩,崔海涛;压电分流阻尼控制悬臂梁振动的参数优化分析[J];机械科学与技术;2005年06期

4 李宁;程礼;;压电分流阻尼的虚拟实现[J];空军工程大学学报(自然科学版);2008年04期

5 王建军,李其汉;具有分支电路的可控压电阻尼减振技术[J];力学进展;2003年03期

6 刘莹;卜雄洙;庞俊恒;;基于压电分支阻尼的多模态电路被动控制的研究和应用[J];南京理工大学学报(自然科学版);2007年03期

7 常道庆;刘碧龙;李晓东;田静;;智能吸声控制中压电片位置的选取[J];声学技术;2007年05期

8 李宁;张景绘;;压电分流阻尼系统的重置开关控制[J];西安交通大学学报;2006年07期

9 常道庆;刘碧龙;李晓东;田静;;具有压电分流电路薄板的吸声特性Ⅰ．理论分析[J];声学学报(中文版);2008年02期

10 常道庆;刘碧龙;李晓东;田静;;具有压电分流电路薄板的吸声特性 Ⅱ．数值和实验分析[J];声学学报(中文版);2008年02期

本文编号：720614