用于机翼后缘变形的智能蒙皮及变形测量方法研究

摘要

变体机翼可以根据飞行状态和环境的变化自适应地改变自身的形状。以提高气动效率,达到最佳的飞行性能,代表了未来高性能飞行器的一个重要发展方向。波纹型结构智能蒙皮可以实现连续光滑的大变形,可作为一种较好的变体机翼蒙皮。对机翼变形准确地测量是机翼变体控制研究的重要问题之一。为此,本文研究了波纹型结构蒙皮变形的测试方案,设计了分布式应变测试系统,并初步探索了机翼后缘变形的反演。
　　 本文首先建立了波纹型结构蒙皮的模型,得到了拉伸作用下蒙皮整体变形与波峰波谷应变的关系；设计了电阻应变片电桥及放大电路,并对应变片所测应变进行了校正,进而得到波纹型蒙皮整体变形与应变片所测应变的关系；制作了波纹型蒙皮试件,进行了拉伸实验,将蒙皮变形的应变测试反推结果与实际拉伸结果进行比较,验证了理论模型的正确性和测试方案的可行性。
　　 其次,设计了基于单片机的分布式多路应变测试系统,包括:多路电桥及放大电路、键盘、液晶显示、多路选择及AD转换的软硬件,以及测试系统通过USB实现上下位机的数据通讯。
　　 最后,从理论上初步探索了机翼后缘的变形。得到了后缘整体变形与可转动翼肋上的波纹型结构蒙皮变形的关系,从而达到了通过测试蒙皮的波峰应变反推得到蒙皮变形,进而反演得到机翼后缘变形的目的。并初步设计了PC上位机软件平台,测试系统实现了同时采集和上传并能对数据实时处理,反演得到后缘变形,并通过计算机图形学软件OpenGL模拟演示后缘变形。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 变体机翼研究现状

1.3 机翼蒙皮的研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 波纹型结构蒙皮整体变形与局部应变的关系

2.1 波纹型复合材料蒙皮模型

2.2 波纹结构蒙皮的力学分析

2.2.1 力学分析

2.2.2 上波纹的受力情况及分析

2.2.3 下波纹的受力情况及分析

2.3 波峰波谷应变与波纹型结构整体变形关系

2.4 电阻应变片所测波峰应变的校正

2.4.1 电阻应变片的工作原理

2.4.2 应变片所测波峰应变的校正

2.5 本章小结

第三章 波纹型结构蒙皮拉伸变形与应变研究

3.1 波纹型结构复合材料蒙皮的制备

3.2 应变片电桥及放大电路

3.2.1 应变片电桥电路

3.2.2 线性放大电路

3.3 波纹型蒙皮拉伸变形与波峰应变测试

3.3.1 拉伸试验机系统简介

3.3.2 实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 分布式多路应变测试系统设计

4.1 总体设计

4.2 各模块电路设计

4.2.1 单片机系统及外围电路设计

4.2.2 键盘电路设计

4.2.3 LCD显示电路设计

4.2.4 多路选择及AD转换电路设计

4.2.5 基于CH372的USB数据通信电路设计

4.3 测试系统各模块软件设计

4.3.1 键盘输入软件设计

4.3.2 LCD显示软件设计

4.3.3 多路选择及AD转换软件设计

4.3.4 USB数据通讯本地端软件设计

4.4 单片机系统软件设计

4.4.1 系统初始化及数据定义

4.4.2 输入通道个数子程序

4.4.3 输入通道序号子程序

4.4.4 单片机主程序框图

4.5 本章小结

第五章 机翼后缘变形与蒙皮变形关系初探

5.1 变体机翼后缘

5.2 机翼后缘变形与蒙皮变形关系

5.2.1 翼肋旋转角度与蒙皮变形关系

5.2.2 可转动翼肋运动学模型

5.3 坐标变换与机翼后缘变形

5.3.1 平移变换与旋转变换

5.3.2 坐标变换与机翼后缘变形

5.4 本章小结

第六章 机翼后缘变形反演与上位机软件设计

6.1 机翼后缘变形反演

6.2 上位机软件初始化及线程间数据传递

6.3 USB上位机通讯软件设计

6.4 数据处理与机翼后缘反演

6.4.1 测试数据的预处理

6.4.2 数据处理线程与机翼反演

6.5 测试系统采集实验

6.6 基于OPENGL的机翼后缘变形仿真

6.6.1 OpenGL程序框架

6.6.2 坐标变换与OpenGL的实现

6.7 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究结论

7.2 工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文