SMA-電機混合驅(qū)動原理與可折疊翼機構(gòu)設計研究.pdf

1、新型可折疊翼飛機在飛行過程中通過機翼的展開與折疊，保持最佳氣動性能，以應對當今飛機多種飛行任務需求，是智能變形飛行器發(fā)展的重要方向，近年來受到國內(nèi)外航空工業(yè)界和學者的廣泛關注。驅(qū)動器是一個機器系統(tǒng)的核心，而數(shù)量眾多的分布式驅(qū)動器設計是可折疊翼飛機設計的一個關鍵技術。
　　 傳統(tǒng)的單一驅(qū)動器由于各自的缺點不適用于可折疊翼。SMA驅(qū)動器功重比高，輸出力大，但不易進行精確位置控制且不能實現(xiàn)位置鎖定；直流電機定位精度高，但功重比低，不易

2、用于質(zhì)量、尺寸要求高的場合。這就需要一種體積小、重量輕、輸出力大、位置控制精度高的新型驅(qū)動器。
　　 本文對可折疊翼飛機與混合驅(qū)動器發(fā)展現(xiàn)狀進行了調(diào)研，討論了幾種折疊翼飛機和混合驅(qū)動原理，針對航空航天領域的特殊需求，提出“SMA-電機混合直線驅(qū)動”概念，設計了一種兼具SMA輸出力大與電機位移控制精度高的SMA-電機混合驅(qū)動器，作為可折疊翼的驅(qū)動源，并設計了折疊翼的傳動機構(gòu)。
　　 首先，設計了折疊翼的傳動與驅(qū)動機構(gòu)。建立

3、曲柄滑塊傳動機構(gòu)的數(shù)學模型，利用數(shù)值分析軟件和多體動力學軟件，對力和位移進行約束條件下的多目標優(yōu)化設計，獲得曲柄滑塊傳動機構(gòu)的尺寸參數(shù)。通過動力學仿真，確定給定載荷下傳動副的支反力，為混合驅(qū)動器的設計提供幾何與物理參數(shù)。接著，進行了SMA-電機混合驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設計。分析混合驅(qū)動原理，設計并聯(lián)模式的SMA-電機混合驅(qū)動器實驗樣機。對主要受力零件絲杠與軸承進行了校核，并通過理論計算和仿真選取合適的電機。建立絲杠螺母的動力學方程，SMA的相變

4、動力學方程以及直流電機模型，得到混合驅(qū)動器動力學系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程；建立系統(tǒng)仿真模型，仿真得到了驅(qū)動器的動力學與運動學特性曲線。設計整機的三維模型，完成混合驅(qū)動器的實驗樣機加工制作。最后，提出一種SMA與電機的協(xié)調(diào)控制策略。利用絲杠螺母配合間隙ΔP，給電機施加占空比可變的電壓，驅(qū)動絲杠迅速跟進SMA運動。給出了控制方案的具體步驟，設計并制作了混合驅(qū)動器的控制系統(tǒng)，完成機械與電路部分的集成裝配，進行控制系統(tǒng)仿真與實驗測試。