SMA鼓包迟滞建模与控制策略

陈旭亮，张琛，季宏丽，裘进浩

南京航空航天大学 航空学院 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016

激波控制鼓包(Shock Control Bump,SCB)是一种流动控制技术，能够明显减小激波阻力，其具有结构简单、不需要大改翼型结构、不附带黏性阻力等优点[1-3]。李沛峰等[4]通过CFD计算，研究了鼓包高度、位置和长度对减小激波阻力的影响。固定挠度激波控制鼓包在设计点附近具有较好的减阻效果，但在远离设计工况时，却会破坏原有的翼型结构，带来很大的负面作用，导致飞行器阻力急剧增大。为了解决这一问题，帝国理工的Jinks等[5]提出了自适应鼓包的概念，设计了一种单点驱动的铝制鼓包结构，并对其结构设计，驱动等进行了优化研究，研究结果表明自适应鼓包在较大飞行包络能够有效降低激波阻力。然而，铝制鼓包为传统机械结构，驱动方式复杂，一体性较差。

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)是一种常见的智能材料，其具有独特的形状记忆效应，可以自感知温度变化，将热能转化为机械能，对外输出力或位移，但与其他智能材料如压电材料相比，其响应速度较慢[6-8]。飞行器处于巡航状态时鼓包外形不需要发生频繁改变，故可适当降低对响应速度的要求。聂瑞等[9]提出了一种基于形状记忆合金的自适应鼓包实现方式，对SMA鼓包进行了仿真研究，在温度升高时，鼓包挠度变大，降温时挠度变小，最大挠度变化可达鼓包长度的4%。然而在飞行器巡航状态下，环境温度往往可达-50 ℃，加热使鼓包挠度变大需要较多的能量且不易实现，所以训练一种降温挠度变大，升温挠度减小的SMA鼓包更符合实际要求。……