基于多級磁流變阻尼器的顫振半主動(dòng)抑制.pdf

1、近年來，基于磁流變阻尼器的振動(dòng)半主動(dòng)控制技術(shù)取得重要進(jìn)展，并被應(yīng)用于土木結(jié)構(gòu)、車輛懸架的振動(dòng)控制。由于該技術(shù)穩(wěn)定性好、成本低、重量輕、能耗小，從而引起了航空科技界的關(guān)注。本學(xué)位論文嘗試通過磁流變阻尼器來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)翼與操縱面之間的扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼，進(jìn)而改善整個(gè)機(jī)翼系統(tǒng)的顫振特性。本文的主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下： (1) 提出了多級磁流變阻尼器的概念，其特點(diǎn)是通過改變磁場作用面積來改變阻尼力矩的大小，從而實(shí)現(xiàn)了阻尼力矩的分級調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)了適用于機(jī)

2、翼操縱面結(jié)構(gòu)的多級磁流變阻尼器?；诹髯兞W(xué)建立了多級磁流變阻尼器的輸出力矩理論模型，推導(dǎo)了磁場作用面積和輸出力矩的函數(shù)關(guān)系。針對不同激勵(lì)頻率、激勵(lì)位移和磁場作用面積，通過試驗(yàn)獲得了該阻尼器的特性，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了描述阻尼器動(dòng)態(tài)特性的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 (2) 針對帶有操縱面的三自由度翼段，基于Theodorsen 非定常氣動(dòng)力模型建立了其氣動(dòng)彈性方程，研究了氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的顫振機(jī)理。分析了機(jī)翼結(jié)構(gòu)的頻率比，阻尼比等參數(shù)與顫振臨

3、界速度和顫振頻率之間的關(guān)系；探討了結(jié)構(gòu)參數(shù)對顫振形態(tài)的影響，從理論上證明通過提高操縱面的轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼比可提高氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的顫振臨界速度。 (3) 針對上述三自由度翼段設(shè)計(jì)了抑制操縱面顫振的半主動(dòng)控制算法。包括常阻尼控制、開關(guān)控制、輸出反饋次最優(yōu)控制以及輸出反饋次最優(yōu)關(guān)控制。根據(jù)機(jī)翼模型、非定常氣動(dòng)力模型和磁流變阻尼器建立了氣動(dòng)彈性系統(tǒng)仿真模型，并結(jié)合半主動(dòng)控制算法進(jìn)行了不同空氣速度下的數(shù)值仿真分析。仿真結(jié)果表明，氣動(dòng)彈性系統(tǒng)模型的顫振

4、臨界速度可提高53.85﹪。 (4) 基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、Theodorsen 非定常氣動(dòng)力模型和片條理論建立了大展弦比平直機(jī)翼的氣動(dòng)彈性方程。研究了大展弦比平直機(jī)翼的顫振機(jī)理，分析了大展弦比平直機(jī)翼的結(jié)構(gòu)參數(shù)對顫振臨界速度和顫振形態(tài)的影響。從理論上闡述了使用磁流變阻尼器來提高顫振臨界速度的可行性。研究了帶有多個(gè)磁流變阻尼器的大展弦比平直機(jī)翼的半主動(dòng)控制算法，并進(jìn)行了數(shù)值仿真分析。結(jié)果表明，半主動(dòng)控制可以將大展弦比平直機(jī)翼的顫振臨界速度

5、提高17.24﹪。 (5) 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了帶有多級磁流變阻尼器的三自由度翼段模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，構(gòu)建了數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和阻尼器伺服電源系統(tǒng)，開發(fā)了計(jì)算機(jī)半主動(dòng)控制軟件，并在風(fēng)洞中進(jìn)行了三自由度機(jī)翼氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的半主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。在不同風(fēng)速條件下，對顫振半主動(dòng)控制算法進(jìn)行了驗(yàn)證，并比較了不同半主動(dòng)控制算法的控制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，半主動(dòng)控制可以有效地提高氣動(dòng)彈性系統(tǒng)的顫振臨界速度，最多可達(dá)到26﹪。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)與理論分析、數(shù)值仿真