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变体机翼蒙皮结构的传感研究

作　者: 李建国
导　师: 徐志伟
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 变体机翼超弹性波纹结构智能蒙皮应力监测
分类号: V224
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 111次
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内容摘要

目前,以智能材料与结构为基础的自适应机翼的研究越来越多。通过柔性机翼的设计,一方面可以降低其重量,另一方面通过前后缘控制面的变形获得所需要的气动扭矩提高飞机的机动性能。而自适应机翼中具有大变形能力的弹性蒙皮以及机翼驱动机构已经成为此项研究中的关键。本文首先介绍了自适应机翼的弹性蒙皮与机翼结构的国内外研究现状,研究了课题中采用的波纹型结构弹性蒙皮的力学性能参数预测方法,得出了和试验结果较为接近的预测数据;接着以某项目中的变体机翼结构为基础,采用有限元软件数值模拟计算了变体机翼在变形过程中表面的弹性蒙皮内部的应力应变的分布情况以及在不同的机翼形态下蒙皮上指定点处应变的变化趋势,计算结果为监测蒙皮的应力状态提供了依据;进一步设计了一个应用于蒙皮的多路应变检测电路系统,用于对蒙皮结构的应力状态进行多点检测;最后针对项目中两种不同的变体机翼结构,研究了通过测量蒙皮结构的应变量来确定机翼变形位置的方法,并通过实验验证了该方法的可行性和有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-14
  1.1 引言  11-12
    1.1.1 自适应机翼的国内外研究进展  11-12
  1.2 超弹性大变形自适应机翼蒙皮结构研究  12-13
  1.3 本文的主要研究工作  13-14
第二章弹性蒙皮复合材料的力学特性  14-24
  2.1 引言  14
  2.2 弹性蒙皮材料及性能参数  14-15
    2.2.1 波纹型结构蒙皮材料  14-15
    2.2.2 复合材料的性能参数  15
  2.3 单层复合材料的编织形式和分析模型  15-16
  2.4 一维“波纹模型”预测平面型玻璃钢单胞刚度系数  16-22
    2.4.1 一维“波纹模型”单胞中纤维束的轮廓线方程  17-18
    2.4.2 单胞刚度系数矩阵的推导  18-19
    2.4.3 纤维交错区域刚度矩阵系数Q_(ij)~F(θ) 的推导  19-20
    2.4.4 推导层合板面内刚度系数和弯曲刚度系数  20-22
  2.5 具体的刚度值估算及材料性能增强  22-23
    2.5.1 预测平面型玻璃钢面内刚度系数、弯曲刚度系数  22
    2.5.2 增强材料承载能力和表面平整程度  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第三章波纹型复合材料结构的数值分析  24-35
  3.1 有限元分析方法  24-25
  3.2 连杆式驱动机构的蒙皮仿真研究  25-31
    3.2.1 连杆式机构介绍  25-26
    3.2.2 机翼蒙皮仿真研究  26
    3.2.3 问题描述  26-27
    3.2.4 仿真过程  27-28
    3.2.5 计算结果  28-30
    3.2.6 应变测量实验  30-31
  3.3 铰链式驱动机构的蒙皮仿真研究  31-34
    3.3.1 铰链式机构介绍  31-32
    3.3.2 机翼蒙皮仿真研究  32
    3.3.3 计算结果  32-34
    3.3.4 应变测量实验  34
  3.4 本章小结  34-35
第四章波纹结构测试系统的硬件和软件设计  35-56
  4.1 引言  35
  4.2 传感器电路设计  35-40
    4.2.1 应变式传感器  35-36
    4.2.2 惠斯通电桥电路  36-37
    4.2.3 激励信号源电路  37-40
  4.3 信号调理电路设计  40-44
    4.3.1 电压放大电路  40-42
    4.3.2 低通滤波电路  42-44
  4.4 模数转换器A/D  44-46
    4.4.1 A/D 位数的确定  44-45
    4.4.2 TLC2543 结构特点及其使用  45-46
  4.5 ATMEGA16 系统电路  46-48
    4.5.1 ATmega16 型MCU 内核结构  46-47
    4.5.2 ATmega16 的最小系统电路  47-48
  4.6 电源模块电路  48-49
  4.7 硬件实物图  49
  4.8 ATMEGA16 系统软件设计  49-53
    4.8.1 数据采集和处理程序  50-51
    4.8.2 主控机软件  51-53
  4.9 电阻应变仪的标定  53-54
  4.10 本章小结  54-56
第五章机翼变形的位置测量  56-62
  5.1 引言  56
  5.2 铰链结构变体机翼偏转角测量  56-61
    5.2.1 测量原理  56-58
    5.2.2 解算程序  58-59
    5.2.3 测量实验  59-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章全文总结与展望  62-64
  6.1 全文总结  62
  6.2 研究工作展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
在学期间的研究成果及发表的学术论文  68-69
附录测量电路原理图和PCB 图  69-71

变体机翼蒙皮结构的传感研究

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