未来飞行器将面临大空域、大速域和高任务适应性的严峻挑战,传统固定外形机翼可能难以满足在复杂、变化飞行工况下保证高气动性能的需求;而机翼主动变形技术可为改善飞行器气动效率、扩大飞行包线提供新思路与新方法。本论文以此为研究背景,给出了一种由压电纤维驱动器MFC驱动的可变弯度机翼设计方案,并着重围绕所设计的变形机翼系统开展理论研究与实验验证工作。主要研究内容如下:(1)连续变弯度机翼结构设计与性能分析。完成了由压电纤维驱动器MFC驱动的无铰接可变弯度机翼整体结构设计。利用3D打印技术实现变形翼段的制作;采用有限元手段,结合压电驱动的载荷比拟法对变弯度机翼开展了结构变形性能仿真分析;进一步,构建了基于MATLAB、X-FOIL和ABAQUS的压电驱动变弯度机翼流体/结构/控制耦合分析平台,对变形机翼开展了准静态流固耦合仿真分析。上述仿真结果表明:所提设计方案能够实现良好的机翼弯度变形控制效果,并能实现机翼气动特性的有效调节。(2)MFC驱动性能分析与迟滞、蠕变特性逆补偿。针对压电材料本身固有的迟滞、蠕变非线性特征对结构变形控制带来的不利影响,采用PI(Prandtl-Ishlinskii)迟滞模型和log(t)蠕变模型对MFC迟滞、蠕变非线性特性进行了精细化建模;并据此推导其逆模型,设计了前馈逆补偿控制器;以MFC驱动悬臂铝板为例,对迟滞蠕变补偿方法的有效性和MFC驱动性能及控制精度进行测试,实验结果表明:建立的逆补偿模型可有效改善MFC驱动器的非线性特征,且经过补偿后的MFC控制器能够实现对被控结构的高精度动态变形控制效果。(3)变弯度机翼控制系统设计与地面实验研究。为验证可变弯度机翼的变形控制效果,构建了MFC驱动机翼变形控制实验平台。完成了含迟滞、蠕变补偿的变弯度机翼开、闭环控制系统设计;通过MATLAB和LabVIEW联合编程方法实现了控制系统的嵌入,并进行了变弯度机翼形状控制地面实验。实验结果表明:所提控制方法可实现机翼良好的动态变形控制效果,验证了机翼设计方案的可行性及控制方法的有效性。(4)变弯度机翼风洞实验及气动特性分析。为检验所设计的变弯度机翼在真实流体载荷下的变形控制效果及气动承载能力,对变弯度机翼进行了低速风洞实验,并采用烟线示踪装置,对不同驱动电压下机翼流场结构进行显示。同时,采用CFD手段,结合风洞实验获得的机翼变形响应信息,对机翼驱动变形带来的气动特性变化规律开展定量分析。实验结果表明:设计的变弯度机翼系统能够在真实气动载荷下具有良好变形控制效果,并能对流场结构及气动载荷进行有效控制。