超磁致伸缩液压泵驱动器设计及其在折叠机翼变体飞行器中的应用

摘要

随着航空技术的发展，人们对传统布局方式的飞行器提出了越来越多的新要求。国内外的研究人员已经开始逐步探索研发具有结构自适应性的新概念飞行器，使飞行器按照不同任务载荷的要求能够在不同飞行环境下，通过结构变形始终保持良好的气动性能和飞行状态，由此，变体飞行器应运而生。折叠机翼变体飞行器作为一种大变形变体飞行器，其对驱动变形的方式提出了新的更高的要求。另一方面，作为一种新型智能材料，超磁致伸缩材料以其较大的磁致伸缩应变、大输出应力、快速响应和高能量转换效率等特点，被越来越多的研究者所关注。以超磁致伸缩材料为动力元件，利用上述特性而研制的许多致动器，使得航空航天、精密加工、机器人等领域对设备在体积小、重量轻、易于控制等方面的诸多要求得以满足。通过对超磁致伸缩材料的诸多优势加以利用，考虑将其与液压系统作动力大且传动可靠等优点相结合，研制一种新型超磁致伸缩液压泵驱动器，并以此为液压动力单元，构建完整的液压系统设计方案，用以驱动折叠机翼变体飞行器实现折叠变形，这便是本文的主要思想。
　　本文首先阐述了基于超磁致伸缩材料的液压泵驱动器的工作原理，并应用力学、材料学、电磁学和机械设计等相关理论，设计和制作了这种驱动器，并对其性能做了全面测试，详细分析了输出流量和输出压力分别与输入电信号电流、频率、偏置情况以及液压系统预充压这四组参数之间的关系。其次，根据超磁致伸缩液压泵的设计特点和测试结果，本文详细设计了摇杆机构传动和螺旋传动这两种传动方式下的折叠机翼变体飞机机身和各翼段机翼结构，全面考察折叠机翼变体飞机的结构布局方案和特点，并建立了摇杆机构传动的折叠机翼变体飞机的运动学模型，与CATIA数字样机DMU运动分析的仿真结果相互验证。最后，利用ADAMS等软件对飞机结构模型进行无负载条件下的动力学仿真，得到此时满足变形要求的驱动力的大小；设计了以GMM泵驱动器为动力源的驱动折叠变形的液压系统布局方案，并以选用GMM泵测试结果的典型值与上述仿真结果进行对比，验证了液压布局方案实际应用的可行性。

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第1章 绪论

1.1课题的来源及研究目的和意义

1.2国内外在该方向的研究现状及分析

1.3主要研究内容

第2章 超磁致伸缩液压泵驱动器原理和设计

2.1超磁致伸缩材料基本理论

2.2超磁致伸缩液压泵驱动器工作原理

2.3超磁致伸缩液压泵驱动器结构设计

2.4本章小结

第3章 超磁致伸缩液压泵实验和测试结果分析

3.1超磁致伸缩液压泵驱动器组装

3.2液压测试系统组装连接

3.3液压系统实验测试过程

3.4实验结果分析

3.5本章小结

第4章 折叠机翼变体飞行器结构设计

4.1CATIA V5数字样机

4.2折叠机翼结构设计

4.3折叠运动仿真分析

4.4本章小结

第5章 基于ADAMS的折叠变形过程仿真及GMM泵液压驱动变形的可行性分析

5.1仿真软件SimDesigner与ADAMS

5.2折叠机翼变体飞机结构ADAMS下的样机设置

5.3折叠变形过程ADAMS仿真分析

5.4 GMM泵液压驱动变形的可行性分析

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢