基于空间帆体结构的新型压电驱动器的变形控制与机理研究

Currently motor activated deployable space structure has exposed problems as complex and long wiring, easy to fail. To solve these problems, Nano piezoelectric material used as actuator is tested and analyzed. A nano sized polyhedron POSS reinforced with PVDF is processed, and flexible piezoelectric bimorph-based thin film and actuator are designed to resist space ray erosion. The effect of micro-nano structure reinforcement on the mechanical characteristics, electrical characteristics, and radiation resistance characteristics of the material are researched. The electro-mechanical coupling mechanism and electromechanical stability of piezoelectric material is studied. The coupling influences of temperature, POSS addition and electric fatigue are investigated to generate the feasible program for electro deformation. The genetic algorithm method is used to optimize the actuator array, to achieve precise control of the shape changing. All these work provide technical and theoretical support for the use of flexible actuator micro distortion control in space field.

本项目针对现有电机驱动帆体易出现布线长易失效等难题，提出采用纳米杂化压电聚合物作为驱动器的实验与力学机理研究。拟采用多面体倍半硅氧烷(POSS)加固聚偏氟乙烯(PVDF)，制备并设计出可用于防护空间射线侵蚀的柔性压电双晶片薄膜与智能驱动器，得出微纳观加固结构对材料的力学、电学和抗空间射线之间的影响关系；研究压电复合材料的力电耦合机理和机电稳定性，考虑温度、POSS掺杂和电致疲劳的耦合影响，获得电致变形的可行方案；采用遗传算法优化驱动器在帆体上的铺设方法，实现帆体形状的精确控制。项目研究成果对于柔性驱动器在航天领域微变形控制的应用具有十分重要的理论意义与实际价值。

本项目针对现有电机驱动帆体易出现布线长易失效等难题，提出了采用纳米杂化压电聚合物作为驱动器的实验与机理研究。采用了多面体倍半硅氧烷(POSS)加固聚偏氟乙烯(PVDF)，制备并设计出了可用于防护空间射线侵蚀的柔性压电智能驱动器薄膜，评估出了改性后的复合驱动薄膜的机械性能和抗空间辐射性能，得出了微纳观加固结构对材料的力学、电学和抗空间射线之间的影响关系；对压电复合材料驱动器进行了力电耦合的机理性研究，得出了所受电压与输出力的对应关系，获得了电致变形的可行方案；采用遗传算法优化驱动器在帆体上的铺设方法，实现了帆体形状的精确控制。.制备和设计出可用于防护空间射线侵蚀的压电智能驱动器复合薄膜.制备出POSS杂化PVDF压电复合薄膜，设计出可用于防护空间射线侵蚀的压电智能驱动器，保证材料兼具高空间射线侵蚀防护性、高压电性能、防电击穿和低电致疲劳特性。.开展POSS/PVDF压电薄膜的力电耦合机理研究.深入揭示POSS/PVDF压电薄膜的力电耦合机理，压电薄膜的输出力与作用电压的关系，评估POSS对于PVDF基质力电耦合性能的影响。考虑温度、POSS掺杂和电致疲劳的耦合影响，获得电致变形的可行方案，评估压电复合材料产生有效输出力和机电稳定性能。.确定应用于帆体系统的驱动器铺设方案与变形控制研究.合理化铺设压电薄膜驱动器，在满足有效重量轻的前提下，进行表面精度的测量，满足高精度的表面控制，实现帆体姿态调节并得出局部变形对整体变形的影响。