压电纤维复合材料自适应后缘结构设计研究
压电材料是众多智能材料中应用最为广泛且深入的一种.首先,压电陶瓷结构刚度强,在作动器领域有较好的应用;压电聚合物较为柔软,用作传感器性能突出;此外,压电材料具有非常宽的响应频率(从0到数兆赫兹),因此能用于动态系统.压电材料在航空航天、汽车、运动器材等领域得到了广泛运用.本文探讨了压电材料在自适应机翼领域的研究现状. 在压电自适应后缘结构设计上首先要解决的问题是大位移压电作动器的选择。较早的研究者们由于条件所限，通常选择压电陶瓷材料或者压电陶瓷堆，但是由于压电陶瓷驱动能力有限，这种方案以失败告终。为提升压电材料作动器的作动性能，研究者们大力研发大位移压电作动器。此类压电作动器结构类似，通常由一层压电材料和几层其他材料铺设而成。固化时由于个材料热胀系数不同，造成作动器发生弯曲并且带有内应力，这种特性使得这类压电作动器的驱动位移远大于单纯的压电陶瓷材料。将其应用于自适应机翼上，所带来的变形量也远大于压电陶瓷，然而相比于传统的机翼的舵面偏转角度仍然较小。由于MFC优异的性能，现在的研究者们均采用MFC作为作动器设计自适应机翼。采用MFC之后，经过合理的结构设计，在不考虑气动载荷的前提下，自适应机翼的后缘通常能发生超过20°的偏转。显然，在众多压电材料中，采用MFC作为自适应机翼的驱动器是必然的选择。 MFC的驱动位移相比形状记忆合金等其他智能材料仍然非常小，通常需要设计特殊的结构将变形量进行放大。目前，国内外几乎所有学者采用的结构都是基于压电单晶片或双晶片结构及其衍生的形式。这种形式的结构在变形量和结构刚度这一矛盾中取得了较好的平衡。 可以看到，研究者们通常将压电自适应机翼应用于小型的无人机( Micro Air Vehicles)。因为此类飞行器要求重量轻、耗能低、易于控制，采用压电自适应机翼优势十分明显。此外，此类飞机飞行速度相对较慢，机翼承受的气动载荷不大，因此降低了对压电自适应机翼承载能力的要求。压电自适应后缘结构也可用于高空长航时无人机。这类飞机飞行速度慢，飞行高度通常超过20km，大气稀薄，因此结构所受的载荷较小。
飞机 自适应机翼 后缘结构 压电纤维复合材料
李习习
中航工业特种飞行器研究所
国内会议
珠海
中文
447-449
2015-12-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）