【摘 要】
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压电陶瓷被广泛应用于航空航天,柴油机动力装置等领域。其在飞行器模型变温及连续式风洞中,可有效抑制复杂强流场条件诱发的低刚度、低阻尼悬臂支撑系统产生的低频大幅振动。然而大幅温变极易干扰压电陶瓷作动器的输出特性,进而影响其在航空航天领域的准确输出,甚至造成系统损坏。因此探究变温条件下压电陶瓷作动器的输出特性对其在航空航天领域的应用至关重要。本文针对变温条件压电陶瓷作动器的输出特性的理论缺失、输出特性难
【基金项目】
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辽宁省“兴辽英才”计划项目青年拔尖人才XLYC1807086； 辽宁省“兴辽英才”计划项目杰出人才XLYC1801008；
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压电陶瓷被广泛应用于航空航天,柴油机动力装置等领域。其在飞行器模型变温及连续式风洞中,可有效抑制复杂强流场条件诱发的低刚度、低阻尼悬臂支撑系统产生的低频大幅振动。然而大幅温变极易干扰压电陶瓷作动器的输出特性,进而影响其在航空航天领域的准确输出,甚至造成系统损坏。因此探究变温条件下压电陶瓷作动器的输出特性对其在航空航天领域的应用至关重要。本文针对变温条件压电陶瓷作动器的输出特性的理论缺失、输出特性难测试、测试误差未补偿等问题,开展了变温条件下压电陶瓷作动器输出特性的分析及建模、测试方法探究、测试误差的分析及补偿等方面的研究,最后进行了变温实验测试并得出输出特性规律。具体工作如下:（1）针对变温条件下压电陶瓷作动器的输出特性变化的影响因素进行分析及模型建立。首先以压电陶瓷及其性能参数作为研究基础,建立了叠堆式压电陶瓷作动器的输出位移及输出力模型,并分析压电陶瓷作动器输出特性的影响因素;基于此,对变温条件下压电陶瓷作动器的输出特性的变化进行趋势分析,为后续变温条件下压电陶瓷作动器的实验测试提供理论基础。（2）针对叠堆式压电陶瓷作动器微米级位移输出及千牛级力输出同时测试且需实现多传感器协同工作的问题,提出了一种压电陶瓷作动器输出特性测试方法。首先根据压电陶瓷作动器输出位移及力的特点,分析复杂测试条件的施加及多传感器协同准确测试的需求,提出一种压电陶瓷作动器输出特性测试方法;然后根据测试方法搭建整体测试实验系统,其中包括:电-力-热驱动系统,输出特性测试系统及输出特性数据分析系统;并进行测试方法验证实验,以验证测试方法的正确性,为后续实验数据的准确性提供保障。（3）针对温变引起压电陶瓷作动器测试结果的误差进行补偿。首先对压电陶瓷作动器的温变进行数学建模,获取压电陶瓷作动器温变的影响因素;基于此,构建变温测试环境并根据压电陶瓷作动器的应用领域确定变温测试条件;然后通过仿真分析、实验测试等方法,对整体测试系统中的光纤位移传感器、应变传感器及力传感器的测试结果进行分析及补偿,为后续变温条件下实验数据的准确获取提供保证。（4）基于以上研究,对变温条件下压电陶瓷作动器的输出特性进行测试,并对实验结果进行规律分析。首先确定测试条件为变温条件下,阶梯升压及正弦激励电压并施加预紧力;然后对压电陶瓷作动器进行变温条件下的实验测试,通过实验数据得到阶梯升压条件下测试温度从室温升高到60℃,峰值位移升高4.53%,并通过数据拟合得到温度-输出位移表达式,对其施加正弦激励电压时,温度从室温升高到60℃,峰值输出位移升高13.33%,并通过数据拟合得到温度-输出位移表达式,当在变温条件下对其施加阶梯升高/正弦激励电压及预紧力时,不同预紧力下输出力均有大幅增长,并通过数据拟合的方式建立变温条件阶梯升压及正弦激励压电条件下的输出力模型,为变温条件压电陶瓷作动器的应用提供数据支撑。
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