實驗名稱：可變形機翼縮比模型主動變形實驗驗證

　　研究方向：介紹了可用于低速風洞實驗要求的可變形縮比模型的設計方案，以及粘接MFC致動器之後，可變形機翼縮比模型在1500V電壓驅動下的主動變形仿真計算結果，本章將針對仿真結果，把理論運用于實踐，在地面實驗中加載不同大小的電壓，考察縮比模型主動變形的情況，作爲模擬仿真的驗證，證明仿真計算方法的可行性和可信性。同時在風洞實驗中探索MFC致動器在風力載荷情況下的驅動性能。

　　測試設備：電壓放大器、MFC致動器、激光位移傳感器、數據采集卡、計算機等。

　　圖1：地面實驗系統結構框圖

　　實驗過程：

　　爲了驗證縮比模型的主動變形仿真結果，本文將設計機翼縮比模型主動變形的地面實驗。地面實驗的系統包括軟件系統的設計和硬件系統的設計。

　　地面实验的硬件包括：粘接有45°极化方向MFC致动器的可变形机翼缩比模型（包括树脂基复合材料制作的蒙皮）、電壓放大器/驱动器、控制用计算机、测量缩比模型翼尖变形量的激光位移传感器、多功能数据采集卡等。在缩比模型地面实验中，缩比模型通过菱形支撑架固定在实验平台上，電壓控制程序是基于软件开发平台LabVIEW实现的。在LabVIEW软件上编写好输出電壓的数字控制信号后，通过USB数据采集卡转换为输出電壓的模拟控制信号（即D/A转换），将输出的電壓值传达给電壓放大器/驱动器，放大器将電壓放大200倍后施加到压电纤维复合材料MFC致动器上。当致动器被施加電壓以后，在电场作用下产生形变，变形通过MFC致动器与蒙皮的粘接层传递到复合材料蒙皮上，驱使缩比模型机翼产生变形。然后通过激光位移传感器记录缩比模型在其Z方向上的变形量。然后通过相应的计算，得到扭转的角度。

　　實驗結果：

　　實驗過程中選擇縮比模型翼尖的前緣端點和後緣端點作爲位移測量點，測量該兩點在壓電纖維致動器驅動下的Z向位移，從而得到縮比模型在主動變形時的扭轉角度。實驗加載電壓方式爲手動加載，采用階梯式電壓加載方式，從0至1500V，每次增加100V，分別測量Z向位移值，加載後5秒讀取數據，並采用多次測量取平均值的方法。圖2描述了實驗測得的位移值和引入修正系數後的熱比擬法分析的縮比模型在致動器驅動下的Z向位移值的對比情況。

　　圖2：三組MFC同時施加電壓時，主動變形仿真結果與實際變形的對比

　　從圖中可以看出，實驗測量的變形位移值與仿真分析值吻合較好。因此引入修正系數後的熱比擬法適用于壓電致動器驅動機翼主動變形結構的靜態位移分析。不過在1300V之後的實驗變形位移略大于仿真計算值，可能的原因是由于MFC所承受的電壓載荷趨近于其臨界值時，與小電壓相比，電場極化程度比電壓的倍數更強更顯著，因此驅動效果也要強于電壓的倍數關系。

　　圖3：MFC致動器位置與模型翼尖後緣主動變形的關系

　　圖3描述了壓電纖維致動器的位置與主動變形大小的關系。可以看出，受到機身爲固定端並且使用金屬制造，剛度較大的影響，MFC致動器粘接位置離根部位置越遠，其産生的主動變形越大。這一點與模擬仿真的結果是相同的。

　　圖4：電壓加載速度與模型翼尖後緣主動變形的關系（以中間組爲例）

　　在實驗中電壓的加載方式爲呈線性增長直到所需電壓值然後穩定不變，圖4描述了在分別使用50V/S，100V/S，150V/S的增長速度施加線性電壓，得到電壓加載速度與機翼主動變形大小的關系。從圖中可以看出，加載的速度與變形的大小關系不大，三種加載速度下的縮比模型變形偏差很小。因此在實際工程應用中，可以根據其他因素或實際需要，選擇理想的加載速度。

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　　圖：ATA-2161高壓放大器指標參數

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