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Gust load alleviation wind tunnel tests of a large-aspect-ratio flexible wing with piezoelectric control

Chinese Journal of Aeronautics 2017年第1期30卷 292-309页

作者： Bi Ying Xie Changchuan An Chao Yang Chao School of Aeronautic Science and Engineering Beihang University

An active control technique utilizing piezoelectric actuators to alleviate gust-response loads of a large-aspect-ratio flexible wing is investigated. Piezoelectric materials have been extensively used for active vibration control of engineering structures. In this paper, piezoelectric materials further attempt to suppress the vibration of the aeroelastic wing caused by gust. The motion equation of the flexible wing with piezoelectric patches is obtained by Hamilton＇s principle with the modal approach, and then numerical gust responses are analyzed, based on which a gust load alleviation（GLA） control system is proposed. The gust load alleviation system employs classic propor tional-integral-derivative（PID） controllers which treat piezoelectric patches as control actuators and acceleration as the feedback signal. By a numerical method, the control mechanism that piezoelectric actuators can be used to alleviate gust-response loads is also analyzed qualitatively. Furthermore, through low-speed wind tunnel tests, the effectiveness of the gust load alleviation active control technology is validated. The test results agree well with the numerical results. Test results show that at a certain frequency range, the control scheme can effectively alleviate the z and x wingtip accelerations and the root bending moment of the wing to a certain extent. The control system gives satisfying gust load alleviation efficacy with the reduction rate being generally over 20%.

关键词： Active control aeroelastic wing Gust load alleviation Gust response Piezoelectric actuators Wind tunnel test

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