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具有传感和驱动功能的碳纤维柔性蒙皮研究

宁素娟  
【摘要】:变体机翼成为未来先进飞行器的发展方向之一。变体机翼为了实现光滑大变形以及承受较大的气动载荷,要求机翼蒙皮沿变形方向有较大柔度,在垂直变形方向有较强的抗弯刚度。波纹结构在沿波纹方向(纵向)有较大柔度,在垂直于波纹方向(横向)有较大的抗弯刚度,因此,可以作为变体机翼蒙皮的一种候选结构。本文的研究重点是波纹式碳纤维增强复合材料蒙皮,并就其集驱动器与传感器于一体的智能结构进行了初步探究。 本文探索了波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮的可行性,推导了复合材料的密度、各相所占的分数、复合材料中的孔隙含量以及材料拉伸弹性模量的计算公式,研究了结构纵向变形能力和横向承载能力,为进一步研究奠定了基础。分析实验数据,并根据复合材料理论分析模型,得出试件理论拉伸曲线和三点弯曲载荷下的理论挠曲线,分别与实验数据进行比较。分析结果表明,复合材料中的孔隙含量小于1%,证明了试件的有效性;弹性模量实验值与理论值误差约为5%;该结构有较好的纵向变形能力和横向承载能力,在弹性变形段内,理论曲线与测试曲线基本吻合,误差小于10%,证明了波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮可行。 在此基础上,本文初步探索了波纹式碳纤维增强树脂复合材料智能结构形式,研究了SMA丝驱动器及光纤传感器集基体于一体的制造工艺,并初步探索了驱动器的驱动方式,为进一步完善其智能功能奠定基础。


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