一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統的制作方法
【專利摘要】一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，包括一個或多個壓電激勵器。該壓電激勵器每個包括兩塊壓電晶片，鋁合金彈性基片。壓電激勵器安裝于“凹”字形帶有小型腔室的支座結構上，使壓電激勵器齊平于待控制的氣動表面，利用壓電材料的逆壓電效應，以電壓放大器、信號發生器控制壓電激勵器振動。通過將壓電激勵器振動的純效應引入流場，以及振動時沿流動方向壓電激勵器間的縫隙產生渦流，增加邊界層內的氣流流動方向的動量及渦流附近氣流的湍流度，從而控制、延緩氣動表面邊界層的流動分離。本實用新型不需要常規復雜的機械驅動系統，重量輕、消耗能源小，結構簡單，易于在真實飛機上綜合布置，在不需要時，壓電激勵器不會產生寄生阻力。
【專利說明】—種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及流體力學，特別是涉及一種安裝至基本連續的氣動表面的壓電式激勵器，用于為邊界層提供能量，改善邊界層形態、推遲和延緩機翼邊界層流動分離的一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統。
【背景技術】
[0002]對于飛機而言，機翼是飛機的主要升力來源，機翼產生的升力占全機升力的70%以上，機翼的升阻比、失速特性等性能對飛機的起飛距離、爬升率等任務性能和飛行品質有著重要的影響。流動分離將引起能量損失，導致機翼的阻力增加、升力降低，出現回流甚至失速。傳統的機翼流動控制方法有縫翼、襟翼、渦流發生器、附面層吹/吸氣等，這些方法會帶來非預期的寄生阻力、且僅在很小的飛行條件范圍內有效或需要復雜的移動部件、通氣管路等，在飛行應用上實現有著諸多缺陷和困難。
實用新型內容
[0003]本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，該控制系統利用壓電陶瓷在電場作用下產生變形特點，所制壓電激勵裝置振動的純效應引入流場，以及振動時沿流動方向壓電激勵裝置間隙產生渦流，增加邊界層內的氣流流動方向的動量及渦流附近氣流的湍流度，從而控制、延緩機翼邊界層的流動分離。
[0004]采用的技術方案是:
[0005]一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，包括支座、壓電激勵器、電壓放大器、信號發生器。所述的支座為“凹”字形帶有小型腔室的支座。所述壓電激勵器為一個或多個，每個壓電激勵器包括壓電晶片、“L”型彎板鋁合金彈性基片、整流層。所述壓電晶片為長度方向可伸縮變形的壓電晶片，兩個長度方向可伸縮變形的壓電晶片，分別粘貼在“L”型彎板鋁合金彈性基片水平方向部分的上面和下面，其中上面的壓電晶片與水平方向部分的“L”型彎板鋁合金彈性基片表面涂覆一層整流層，形成所述壓電激勵器，壓電激勵器以“L”型彎板鋁合金彈性基片的豎直方向部分與支座固定，“L”型彎板鋁合金彈性基片水平方向部分和壓電晶片懸空置于支座的小型腔室內，并使壓電晶片上表面與支座的小型腔室表面在一個水平面上。所述壓電晶片通過信號線連接電壓放大器，信號發生器與電壓放大器相連，向壓電晶片發出控制信號，控制壓電激勵器的擾流狀況，所述成為壓電陶瓷擾流系統，壓電陶瓷擾流系統固定在機翼上，并齊平于待控制的機翼氣動表面，構成壓電陶瓷用于機翼邊界層分離流動控制系統。
[0006]上述的壓電晶片為長度方向可伸縮變形的壓電陶瓷片。
[0007]上述的壓電激勵器為多個時，壓電激勵器之間及壓電激勵器與支座的小型腔室壁面間的縫隙不大于0.5mm。
[0008]上述的整流層為聚酰亞胺層。
[0009]本實用新型利用壓電材料的逆壓電效應，在外加電壓下，壓電晶片產生變形，從而帶動彈性基片產生彎曲變形，形成壓電激勵器尖端位移。通過交變電壓激勵，實現壓電晶片變形方向的周期變換，從而在壓電激勵器尖端產生一定的頻率的周期性振動，對待控制流場產生激勵作用；另一方面，相鄰壓電激勵器以不同相位振動，從而在壓電激勵器間的間隙不斷產生渦流，使主流中高動量氣流和物面邊界層內低動量氣流進行交換或平衡，增加了邊界層內氣流流動方向上的動量。
[0010]本實用新型的優點是:
[0011]1.本實用新型結構簡單，易于在真實飛機上綜合布置，在不需要時，控制壓電激勵器使其停止工作，且不產生寄生阻力；
[0012]2.本實用新型不需要常規復雜的機械驅動系統，相對于常規主動流動控制裝置減輕了結構重量；
[0013]3.本實用新型無需氣源動力和外界質量注入，可以通過外在的電參數來實現激勵裝置的控制，消耗少量電能；
[0014]4.本實用新型產生可控制的渦流，擴大了流動控制范圍，其驅動信號的可調節性也保證了激勵裝置在不同設計點的控制效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結構平面示意圖。
[0016]圖2是圖1的A—A剖面圖。
[0017]圖3是本實用新型在機翼上安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0018]一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，包括支座3、壓電激勵器、電壓放大器5、信號發生器6。所述的支座3為半“凹”字形帶有小型腔室8的支座。所述壓電激勵器為一個或多個，本例如圖1所示，示出了三個壓電激勵器，但是備選實施例可包括任何數量的激勵器。如圖1、圖2所示，每個壓電激勵器包括壓電晶片1、“L”型彎板鋁合金彈性基片2、整流層7。所述壓電晶片I為長度方向可伸縮變形的壓電陶瓷片，兩個長度方向可伸縮變形的壓電陶瓷片，分別粘貼在“L”型彎板鋁合金彈性基片2水平方向部分2-1的上面和下面，其中上面的壓電陶瓷片即壓電晶片與水平方向部分的“L”型彎板鋁合金彈性基片表面涂覆一層為聚酰亞胺的整流層7，為保持表面平滑光順性，形成所述壓電激勵器，壓電激勵器以“L”型彎板鋁合金彈性基片2的豎直方向部分2-2與支座3固定，“L”型彎板鋁合金彈性基片2水平方向部分2-1和壓電晶片I懸空置于支座3的小型腔室8內，并使壓電晶片I上表面與支座3的小型腔室8表面在一個水平面上，壓電激勵器之間及壓電激勵器與支座的小型腔室8壁面間的縫隙4很小，不大于0.5_。兩塊壓電晶片一塊伸長，另一塊縮短，從而導致激勵器的彎曲、振動。所述的電壓放大器5為壓電陶瓷專用驅動電源，所述壓電晶片I通過信號線連接電壓放大器5，信號發生器6與電壓放大器5相連，向壓電陶瓷式的壓電晶片發出控制信號，控制壓電激勵器的擾流狀況，所述成為壓電陶瓷擾流系統，壓電陶瓷擾流系統固定在機翼9上(見圖3)，并齊平于待控制的機翼氣動表面，構成壓電陶瓷用于機翼邊界層分離流動的控制系統。
[0019]工作原理
[0020]圖2、3給出壓電陶瓷擾流系統安裝在機翼上的簡圖及壓電陶瓷擾流系統實施作用示意圖，信號發生器6發出振動觸發信號，經過壓電陶瓷專用驅動電源電壓放大器5放大后，輸出至壓電晶片1，兩壓電晶片I在交變電壓作用下產生伸縮變形，帶動壓電激勵器O振動。將壓電激勵器振動的純效應弓I入流場，激勵了邊界層；另一方面，控制驅動信號，使相鄰壓電激勵器振動并產生一定的相位差，從而在壓電激勵器間的縫隙以及激勵器與小腔室8壁面間的縫隙4產生渦流，進一步增加邊界層內的氣流流動方向的動量及渦流附近氣流的湍流度，從而控制、延緩機翼邊界層的流動分離。
【權利要求】
1.一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，包括支座(3)、壓電激勵器、電壓放大器(5)、信號發生器￠)，其特征在于所述的支座(3)為半“凹”字形帶有小型腔室(8)的支座；所述壓電激勵器為一個或多個，每個壓電激勵器包括壓電晶片(1)、“L”型彎板鋁合金彈性基片(2)、整流層(7)，所述壓電晶片(I)為長度方向可伸縮變形的壓電晶片，兩個長度方向可伸縮變形的壓電晶片(I)，分別粘貼在“L”型彎板鋁合金彈性基片(2)水平方向部分(2-1)的上面和下面，其中上面的壓電晶片與水平方向部分的“L”型彎板鋁合金彈性基片表面涂覆一層整流層(7)，形成所述壓電激勵器，壓電激勵器以“L”型彎板鋁合金彈性基片(2)的豎直方向部分(2-2)與支座(3)固定，“L”型彎板鋁合金彈性基片水平方向部分(2-1)和壓電晶片(I)懸空置于支座(3)的小型腔室(8)內，并使壓電晶片(I)上表面與支座(3)的小型腔室(8)表面在一個水平面上，所述壓電晶片(I)通過信號線連接電壓放大器(5)，信號發生器(6)與電壓放大器(5)相連，向壓電陶瓷式的壓電晶片⑴發出控制信號，控制壓電激勵器的擾流狀況，所述壓電陶瓷擾流系統固定在機翼(9)上，并齊平于待控制的機翼氣動表面。
2.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，其特征在于所述的壓電晶片(I)為長度方向可伸縮變形的壓電陶瓷片。
3.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，其特征在于所述的壓電激勵器為多個時，壓電激勵器之間及壓電激勵器與支座(3)的小型腔室(8)壁面間的縫隙⑷不大于0.5mm。
4.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷用于邊界層分離流動的控制系統，其特征在于所述的整流層(7)為聚酰亞胺層。
【文檔編號】H02N2/02GK203946281SQ201420267308
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】許東洋, 馮強, 楊希明, 劉巍 申請人:中國航空工業集團公司沈陽空氣動力研究所