随着现代飞行器不断发展,“飞行速度”这一技术指标不断被提高,飞行过程中受到的气动热耦合效应也愈发明显。在气动热环境下飞行器外包结构出现温度梯度,使局部产生改变材料力学性能的热应力。同时,材料因受高温载荷的作用,弹性模量与强度降低。二者同时作用使飞行器外包结构刚度变化,产生振动与变形,引发气动力不可控变化、操作反效等问题。本课题通过分析飞行器外包结构在热载荷下刚度变化情况,利用智能材料设计新型刚度主动控制作动器对飞行器在气动热载荷作用下结构刚度变化进行适应性主动控制。本文将对飞行器代表性外包结构在热载荷下的刚度变化主动控制进行研究,具体包括以下几个方面。构建回转曲面壳体结构智能元数学模型,建立混合程序仿真系统对模型进行求解。基于通用薄壳理论,建立了圆环壳结构动力学模型。利用有限差分法将其转化为包含控制项的智能元矩阵模型。在圆环壳结构的基础上增加轴向维度,对圆柱壳结构进行周向与轴向差分,考虑温度影响,得到热载荷下圆柱壳智能元矩阵模型。基于圆环、圆柱壳结构智能元矩阵模型,采用C++与MATLAB建立了混合程序仿真系统。以余弦式布置压电圆环壳和两端简支圆柱壳为算例,分别对模型进行求解。经过时域与频域仿真后,得到了结构在受控前后的模态特性。与理论值对比,验证了智能元矩阵模型与混合程序仿真系统的有效性。设计与优化形状记忆合金(SMA)刚度主动控制作动器。基于圆柱壳智能元模型构成与混合程序仿真所得圆柱壳结构模态特性,设计了SMA驱动的螺旋式刚度主动控制作动器。使用有限元仿真对具有不同构型参数的螺旋式作动器作动前后圆柱壳结构静力学特性与模态特性进行仿真,分析结果后对作动器构型参数进行了优化,得到了具有最佳构型的螺旋式作动器设计方案。基于螺旋式作动器最优设计方案,进行了圆柱壳刚度主动控制实验。对SMA驱动源进行力学性能测试后,对不同加热时间条件下圆柱壳刚度主动控制系统的模态特性实验结果进行了记录与分析,验证了本文所推导的圆柱壳刚度主动控制理论模型与仿真计算结果的正确性,证明了螺旋式作动器对圆柱壳结构刚度控制的有效性。