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基于压电纤维复合材料的旋转叶片主动控制

         

摘要

旋转叶片结构的振动失效占据了航空发动机整机故障的相当比重.发展针对旋转叶片结构的减振技术对于减轻叶片重量,提升叶片性能,延长叶片寿命具有重要意义.通过引入压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)传感器和作动器,研究预变形旋转叶片2:1内共振的主动控制.建立考虑时滞效应的旋转叶片比例微分闭环控制系统运动方程.通过摄动分析推导出受控叶片的演化方程,并结合延拓法揭示速度增益、位移增益、时滞量等系统参数对受控系统稳态响应及稳定性的影响规律.理论研究结果与数值结果得到相互验证.研究发现时滞量对系统稳定性影响显著,当时滞超过某临界值时,演化方程原有的平衡点失稳,闭环受控系统将缓慢进入一个大振幅的周期运动,从而丧失控制效果.位移增益存在一个范围使得系统出现多值稳态响应,进而破坏了增益平面内系统稳定区和非稳定区域的直线边界.不恰当的速度增益和位移增益会给受控系统引入新的共振.研究结果为叶片结构的减振提供了理论基础.

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