Разработка технологии изготовления активной части конструктивно-подобного элемента интеллектуальной конструкции из полимерных композиционных материалов

Машиностроение и машиноведение

2025. Т. 32. № 3. С. 208-220.

Авторы

Писарев П. В.*, Баяндин С. Р.**

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: pisarev85@live.ru
**e-mail: srbajandin@pstu.ru

Аннотация

Проведено численное исследование влияния месторасположения пьезоактуатора в структуре активной части конструктивно-подобного элемента (КПЭ) smart конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ) на статическую прочность. Определено рациональное расположение пьезоактуаторов, при котором достигается требуемая прочность и угол кручения smart-конструкции. Разработана технология изготовления активной части КПЭ smart конструкции методом автоклавного формования. По разработанной технологии изготовлена активная часть КПЭ smart-конструкции с применением равнопрочных авиационных углепрепрегов. Осуществлен неразрушающий контроль активной части, выполненной из ПКМ, на наличие дефектов. Осуществлены лабораторные испытания механического поведения КПЭ smart конструкции, и оценена возможность управления углом кручения активной частьи КПЭ smart-конструкции.

Ключевые слова:

smart-конструкции из ПКМ, пьезоэлектрическая термоаналогия, численное моделирование механического поведения слоистой конструкции, конструкция с управляемой геометрией, автоклавное формование

Список источников

  1. Gu X., Yang K., Wu M., et al. Integrated optimization design of smart-morphing wing for accurate shape control // Chinese Journal of Aeronautics. 2021. Vol. 34. No. 1, pp. 135–147. DOI: 10.1016/j.cja.2020.08.048
  2.  Пхио А., Семенов В.Н., Федулов Б.Н. Оптимизация трансформируемых конструкций летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2024. Т. 31. № 1. С. 32–40. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=179104
  3.  Fink D.A., Hawkey T.J., Gaudreau P.J., et al. An Electromagnetic Actuator for Individual Blade Control // 56th American Helicopter Society International Annual Forum (02–04 May 2000; Virginia Beach, VA, USA).
  4.  Noboru K., Saito S. Design and Performance Evaluation of Full Scale On-board Active Flap System // 63rd American Helicopter Society International Annual Forum (01-03 May 2007;Virginia Beach, VA, USA).
  5.  Scheller J., Jodin G., Rizzo K.-J., et al. Combined Smart-Materials Approach for Next-Generation Airfoils // Solid State Phenomena. 2016. Vol. 251, pp. 106–112. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.251.106
  6.  Auteri F., Bettini P., Bonfanti N. Scaling Laws for an Airfoil with MFC-Actuated Trailing Edge Plate // In book: Braza M., Hourigan K., Triantafyllou M. (eds) Advances in Critical Flow Dynamics Involving Moving/Deformable Structures with Design Applications. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. Springer, Cham; 2021. Vol. 147, pp. 527-540. DOI: 10.1007/978-3-030-55594-8_44
  7.  Barkanov E., Kovalovs A., Wierach P., et al. Optimized Comparative Analysis of an Active Twist for Helicopter Rotor Blades with C- and D-Spar Designs // Mechanics of Composite Materials. 2018. Vol. 54. No. 5, pp. 553-566. DOI: 10.1007/s11029-018-9764-2
  8.  Anoshkin A.N., Barkanov E., Pisarev P.V., et al. Numerical calculation of a smart-construction torsion angle depending on the piezoelectric actuators location // 28th Russian Conference on Mathematical Modelling in Natural Sciences (02–05 October 2019; Perm). American Institute of Physics Inc, 2020. Vol. 2216. No 1: 020009. DOI: 10.1063/5.0004080
  9.  Mukherjee A., Ali S.F., Arockiarajan A. Modeling of integrated shape memory alloy and Macro-Fiber Composite actuated trailing edge // Smart-Materials and Structures. 2020. Vol. 29. No. 8: 085005. DOI: 10.1088/1361-665X/ab8fcb
  10.  Roth D., Enenkl B., Dieterich O. Active rotor control by flaps for vibration reduction—Full scale demonstrator and first flight test results // 32nd European Rotorcraft Forum (12-14 September 2006; Maastricht, Netherlands).
  11.  Jänker P., Hermle F., Friedl S., et al. Advanced piezoelectric servo flap system for rotor active control // 32nd European Rotorcraft Forum (12-14 September 2006; Maastricht, Netherlands).
  12.  Grohmann B.A., Maucher C.K., Prunhuber T., et al. Multidisciplinary Design and Optimization of Active Trailing Edge for Smart-Helicopter Rotor Blade // Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2008. Vol. 15. No. 3, pр. 307–324. DOI: 10.1080/15376490801907830
  13.  Maucher C.K., Grohmann B.A., Jänker P., et al. Actuator design for the active trailing edge of a helicopter rotor blade // 33th European Rotorcraft Forum (11–13 September 2007). pp. 12-24.
  14.  Kovalovs A., Barkanov E., Ručevskis S., et al. Modeling and Design of a Full-Scale Rotor Blade with Embedded Piezocomposite Actuators // Mechanics of Composite Materials. 2017. Vol. 53. No. 2, pp. 179-192. DOI: 10.1007/s11029-017-9652-1
  15.  Kovalovs A., Barkanov E., Ručevskis S., et al. Optimisation Methodology of a Full-scale Active Twist Rotor Blade // Procedia Engineering. 2017. Vol. 178, pp. 85-95. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.01.067
  16.  Jodin G., Motta V., Scheller J., et al. Dynamics of a hybrid morphing wing with active open loop vibrating trailing edge by time-resolved PIV and force measures // Journal of Fluids and Structures. 2017. Vol. 74, pp. 263–290. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2017.06.015
  17.  Hoshyarmanesh H., Abbasi A. Structural health monitoring of rotary aerospace structures based on electromechanical impedance of integrated piezoelectric transducers // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2018. Vol. 29. No. 9, pp. 1799–1817. DOI: 10.1177/1045389x17754266
  18.  Nasser H., Kiefer-Kamal E.H., Hu H., et al. Active vibration damping of composite structures using a nonlinear fuzzy controller // Composite Structures. 2012. Vol. 94. No. 4, pp. 1385-1390. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.11.022
  19.  Miller M., Narkiewicz J., Kania W., et al. The application of helicopter rotor blade active control systems for noise and vibration reduction and performance improvement // Prace Instytutu Lotnictwa. 2006. No. 1-2(184-185), pp. 164–180.
  20.  Anoshkin A.N., Pisarev P.V., Bayandin S.R., et al. Numerical calculation of composite structures equipped with flexible piezoactuators stress-strain state // 28th Russian Conference on Mathematical Modelling in Natural Sciences (02–05 October 2019; Perm). American Institute of Physics Inc, 2020. Vol. 2216. No 1: 040013. DOI: 10.1063/5.0004055
  21. Клюев В.В. (ред.) Неразрушающий контроль. Т. 2. Книга 1. Контроль герметичности. Книга 2. Вихревой контроль. М.: Машиностроение, 2004. 688 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025