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智能气囊的冲击主动控制原理实验研究
戈嗣诚’,陈# 斐!
(’A 南京航空航天大学无人机研究院,南京!’%%’$)
(!A 南京航空航天大学智能材料与结构实验室,南京!’%%’$)
摘# 要:智能气囊是一种应用智能材料结构设计的智能缓冲构件。智能气囊能在缓冲过程中主动控制冲击
过载,可使缓冲过程的冲击过载更为平缓,提高缓冲保护的有效性。本文首次对智能气囊的结构组成、缓冲原理进
行了理论分析和实验研究,并对智能气囊的冲击主动控制原理进行了实验验证。其中驱动机构采用层叠电致伸缩
驱动器设计,因电致伸缩材料具有执行力大、响应快、线性范围宽的特点。文中利用层叠电致伸缩驱动器设计了智
能气囊排气装置,测试了其动态响应特性与缓冲驱动特性。研究结果表明,该排气装置具有良好的驱动性能,可以
满足智能气囊的排气控制要求。控制采用了一维的模糊控制方法,提高了控制的速度。实验研究结果证实智能气
囊缓冲器的原理是正确的。
关键词:智能气囊;缓冲器;冲击主动控制;层叠电致伸缩驱动器
中图分类号:5!&&A ’# # # 文献标识码:0# # # 文章编号:’%%%=’<!>(!%%&)%$=%$%%=%&
制进行了实验研究。
!" 引言
气囊缓冲过程理论分析
气囊作为一种有效的缓冲装置,已在航天返回、#"
无人机回收、装备空投等领域得到应用。传统气囊气囊一般由不透气的纺织材料制成,布置一定
的结构上带有固定面积的排气口,缓冲前封闭,缓冲数量的排气口。排气口先由堵盖密闭,保持气囊密
时囊压升高,排气口开启以排气泄压,限制过载,避封,缓冲时囊压能迅速增加。在缓冲过程中气囊内
免反弹。但传统气囊在使用中存在一些弱点,如:内部压力急剧增加,到一定压力时堵盖受压弹开,气囊
部压力变化剧烈,缓冲效率不高;缓冲过程排气口面排气。气囊所承受的瞬间制动力表示为
积固定,缓冲过程不可控,受外界条件影响大。为提( ) ( )
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高气囊的缓冲效果, 和等人设计了重型———表示瞬间接触面积, 和分别表示气囊内
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空投用缓冲气囊的机械式排气控制机构,在缓冲时部压力和外界大气压。
调节排气口面积,以使囊压变化平缓。落震实验表已知气囊的初始容积’、压缩高度(,在撞击时
明这种改进措施使得冲击过载曲线变得平缓,峰值·
垂直速度为(,无人机与地面之间的变形所引起的
[<]
过载减少了<DE 。气囊容积减小的速率可表示为[’]:
基于上述气囊缓冲过程排气控制的研究,本文· ·
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提出了智能气囊的概念。智能气囊是一种具有冲击$
在有效的排气速度’情况下总的需要的排气口面
主动控制的智能结构,当中集成了传感、控制和驱动)
积为:
功能元件。它能根据缓冲过程气囊内部的压力变化
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和外界过载变化,实时控制气囊的排气状态,实现缓* " (% ) (<)
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冲过程主动控制。) %%
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