低温环境下压电叠堆隔热加热方案设计与分析

摘要

在低温风洞试验中,通常采用压电叠堆实现悬臂支杆的振动控制。然而,随着温度的降低,压电叠堆的最大自由位移和最大输出力将显著降低。本文提出了一种方便有效的压电堆加热结构方案,当环境温度下降时,该结构可以使压电堆在工作温度下工作。首先,采用聚酰亚胺加热膜包裹压电叠堆,然后在外部用气凝胶材料包裹以实现隔热目的。压电叠堆的两端与有效载荷结构直接接触。接着,对压电叠堆的热传导问题进行了一维和二维理论分析。最后,采用有限元方法验证了理论分析的结果。有限元计算结果与二维理论结果具有良好的一致性,仅观察到0.91 K的微小偏差,显示了本方案在低温下保护压电叠堆的潜力。