● 摘要
本课题的研究内容来源于国家自然科学基金重点支持项目“基于一类智能结构的高超飞行器操纵稳定性和机动性的控制原理研究”。本文主要完成该项目中的第（5）项内容“研究高超飞行器智能空气舵的结构设计原理、方法及实现技术”。
智能空气舵的引入对于未来高超音速飞行器的发展具有重要作用，在满足传统空气舵设计要求的前提下，不但可以增加控制精度和裕度，还能够节约机体内部的空间，减轻飞行器重量。
本文的工作承自北航智能结构设计课题组陈亮良硕士的工作，以其硕士论文的展望部分为起点，在驱动机构中引入柔性设计，完成了基于柔性驱动机构的智能空气舵的设计和试验工作。设计合理的智能空气舵的关键在于①、设计高效的驱动结构；②、选取具有低损耗、高精度、高承载、大变形的传动元件。
设计高性能的驱动机构，首先对机构的自由度进行分析，以判断其是否可以进行确定性的运动。随后，对驱动机构进行运动学和动力学分析。此过程中，利用ADAMS进行仿真分析、参数化建模，对机构进行修正，比对、校正参数。驱动机构优化工作的重点在于设计合理的柔性连接构件，结合各个关节的活动范围和所受力矩综合确定其弯曲刚度，完成相应的柔性切口设计。最后，根据工作过程中的受力情况，对驱动机构中的承载构件进行刚度强化，以增强其承载能力。力学分析和试验研究都显示，优化后驱动机构（即采用菱形框架的X式分布驱动机构）的输出位移和承载能力相比原有驱动机构都有了较大的提升。
本文利用空间机构设计的知识，对智能空气舵内部结构的自由度进行了分析，选定了相应铰接点的连接传动形式。并利用ADAMS软件对相应的传动形式进行了仿真验证。并根据初步实验过程中出现的一些问题，设计改进了一种全柔性的智能空气舵。
试验工作包括对所设计、实现的智能空气舵原理样机进行的输出特性测试、频率特性测试和刚度测试。对实验过程中出现的固有频率过低、舵面承载后变形的问题，通过添加加强筋的方法进行了改进，取得了一定的成效。
综合分析，本文在已有智能驱动机构的基础之上进行了优化，完成了智能空气舵的设计分析和初步的试验工作，验证了连接传动关系的合理性，针对试验过程中的问题给出了进一步研究的方向和重点。