一種翼面流動(dòng)分離控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種翼面流動(dòng)分離控制裝置屬于壓電式激勵(lì)器中的主動(dòng)流動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及一種用于翼面流動(dòng)分離控制的裝置，實(shí)現(xiàn)在低雷諾數(shù)下減小流動(dòng)分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能的主動(dòng)流動(dòng)控制，并為未來(lái)飛行器性能的提升提供技術(shù)支持。該裝置采用壓電雙晶片的板狀和模塊化結(jié)構(gòu)，使用并聯(lián)加載方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置。該裝置由基座、樹脂膠層、彈簧鋼片、上、下壓電陶瓷片、電極引線組成。本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、能量轉(zhuǎn)化高、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)在工程應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；在基座上層涂抹樹脂膠層，安裝結(jié)束后通過(guò)整修樹脂膠層，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對(duì)整個(gè)翼型模型產(chǎn)生的額外干擾，在主動(dòng)流動(dòng)控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種翼面流動(dòng)分離控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電式激勵(lì)器中的主動(dòng)流動(dòng)控制研究領(lǐng)域，特別涉及一種用于翼面流動(dòng)分離控制的裝置，實(shí)現(xiàn)在低雷諾數(shù)下減小流動(dòng)分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能的主動(dòng)流動(dòng)控制，并為未來(lái)飛行器性能的提升提供技術(shù)支持。
【背景技術(shù)】
[0002]翼型是各種飛行器上廣泛使用的幾何形狀，如舵、穩(wěn)定翼、鰭等，在低雷諾數(shù)下，流體流動(dòng)常常處于層流狀態(tài)，逆壓梯度的抵抗能力弱，易產(chǎn)生分離、轉(zhuǎn)捩等流動(dòng)現(xiàn)象，從而使得升力減小、阻力增加，在一定條件下還會(huì)產(chǎn)生振蕩，進(jìn)而引起振動(dòng)或噪聲，以及結(jié)構(gòu)疲勞等不良后果，嚴(yán)重時(shí)甚至影響到飛行器的安全性，大大地降低了飛行器的氣動(dòng)性能。因此，研究低雷諾數(shù)下減小流動(dòng)分離的控制方法很有現(xiàn)實(shí)意義。目前，研究低雷諾數(shù)下減小流動(dòng)分離的控制方法主要有被動(dòng)流動(dòng)控制方法和主動(dòng)流動(dòng)控制方法。
[0003]在工程上廣泛應(yīng)用的被動(dòng)流動(dòng)控制既不需要注入能量，也不改變大的結(jié)構(gòu)，只是加裝一些小的元件也可以達(dá)到流動(dòng)控制的目的，如可用于減阻的溝槽肋條、能夠減小誘導(dǎo)阻力的剪切翼尖、可提高升力的渦襟翼、推遲轉(zhuǎn)捩控制分離的渦流發(fā)生器等。雖然被動(dòng)控制方式不需要額外的能量注入，使用比較方便，但它主要通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的固定裝置來(lái)改變流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)流場(chǎng)實(shí)際情況與設(shè)計(jì)狀態(tài)有所偏離時(shí)，控制效果將會(huì)降低，并且存在工作期間無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制效果易受流動(dòng)狀態(tài)變化影響、在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生額外的附加阻力等缺點(diǎn)。
[0004]主動(dòng)流動(dòng)控制通過(guò)向流場(chǎng)注入可控的能量,可更加靈活、精確、有效地改變流動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)抑制流動(dòng)分離和轉(zhuǎn)捩、提高流動(dòng)穩(wěn)定性，達(dá)到減少航行器在流體中的阻力、減少壓力脈動(dòng)、降低輻射噪聲等效果。相比于傳統(tǒng)的被動(dòng)流動(dòng)控制方法，主動(dòng)流動(dòng)控制具有更高的效率、魯棒性和理想的動(dòng)態(tài)控制效果，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。主動(dòng)流動(dòng)控制有多種實(shí)現(xiàn)方式，如機(jī)械式、電磁式、壓電式、抽吸式等。其中基于壓電激勵(lì)器的方式，本發(fā)明由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、能量轉(zhuǎn)化高、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)在工程應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在主動(dòng)流動(dòng)控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種翼面流動(dòng)分離控制裝置，用于為未來(lái)飛行器性能的提升提供技術(shù)支持。克服被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)存在工作期間無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制效果易受流動(dòng)狀態(tài)變化影響、在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生額外的附加阻力等缺點(diǎn)。該控制裝置利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，采用壓電雙晶片的板狀結(jié)構(gòu)，并使用并聯(lián)加載方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題；采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為基座、樹脂膠層和壓電雙晶片三部分，避免了加工制作復(fù)雜困難等問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種翼面流動(dòng)分離控制裝置，該裝置由基座1、樹脂膠層2、彈簧鋼片3、上壓電陶瓷片4、下壓電陶瓷片4’、上壓電陶瓷片電極引線5、下壓電陶瓷片電極引線5’、彈簧鋼片電極引線5”組成。其中，上、下壓電陶瓷片4、4’由鋯鈦酸鉛制備而成，粘貼在彈簧鋼片3上、下表面，右側(cè)端面齊平，彈簧鋼片3左側(cè)粘貼在基座I上，基座I上層涂抹樹脂膠層2，最終擬合翼型模型流線，壓電陶瓷片4和4’表面上鍍一層銀電極，壓電陶瓷片4、4’分別引出的電極引線5、5’通過(guò)基座I上的小孔及下表面的槽內(nèi)進(jìn)行走線，彈簧鋼片3引出的電極引線5”接地。
[0007]本發(fā)明的顯著效果是:設(shè)計(jì)發(fā)明的一種翼面流動(dòng)分離控制裝置，實(shí)現(xiàn)了在低雷諾數(shù)下減小分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能的主動(dòng)流動(dòng)控制。它基于雙晶片結(jié)構(gòu)，利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題；在基座上層涂抹樹脂膠層，安裝結(jié)束后通過(guò)整修樹脂膠層，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對(duì)整個(gè)翼型模型產(chǎn)生的額外干擾，實(shí)現(xiàn)了在低雷諾數(shù)下減小流動(dòng)分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能的主動(dòng)流動(dòng)控制；另外該裝置可分別對(duì)每個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置施加不同的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)多種情況下的實(shí)時(shí)調(diào)控，為未來(lái)飛行器性能的提升提供了技術(shù)支持。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖1為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的整體結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的俯視圖，附圖3為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的主剖視圖，附圖4為修整后的翼面流動(dòng)分離控制裝置I裝在翼型模型上的主剖視圖，附圖5為四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I裝在翼型模型上的俯視圖。
[0009]圖中:1-基座，2-樹脂膠層，3-彈簧鋼片，4-上壓電陶瓷片，4’ -下壓電陶瓷片，5-電極引線，6-連接螺釘，7-翼型模型，1-翼面流動(dòng)分離控制裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0010]結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種翼面流動(dòng)分離控制裝置，基于壓電雙晶片采用模塊化結(jié)構(gòu)，圖1為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的俯視圖，圖3為翼面流動(dòng)分離控制裝置I的主剖視圖，主要包括基座1、樹脂膠層2、彈簧鋼片3、上壓電陶瓷片4、下壓電陶瓷片4’、上壓電陶瓷片電極引線5、下壓電陶瓷片電極引線5’、彈簧鋼片電極引線5”。上、下壓電陶瓷片4、4’由鋯鈦酸鉛制備而成，具體型號(hào)為PZT-5H。它基于雙晶片結(jié)構(gòu)，利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，在彈簧鋼片3的上表面粘有上壓電陶瓷片4，下表面粘有下壓電陶瓷片4’。按相同極性粘貼，采用并聯(lián)加載方式對(duì)四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓電陶瓷片4和4’的作用相反，一片伸長(zhǎng)時(shí)，另一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題；在基座I上層涂抹樹脂膠層2，安裝結(jié)束后通過(guò)整修樹脂膠層2，使其擬合翼型模型流線，減小了控制裝置對(duì)整個(gè)翼型模型產(chǎn)生的額外干擾；分別對(duì)每個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置施加不同的驅(qū)動(dòng)電壓，實(shí)現(xiàn)多種情況下的實(shí)時(shí)調(diào)控，為未來(lái)飛行器性能的提升提供了技術(shù)支持。圖4為修整后的翼面流動(dòng)分離控制裝置I裝在翼型模型上的主剖視圖，其中，細(xì)圓弧線為理想的翼型曲線，空腔上方的粗圓弧線為樹脂膠層2最終修整后得到的曲線。圖5為四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I裝在翼型模型上的俯視圖，其中，每個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I通過(guò)四個(gè)連接螺釘7與翼型模型6進(jìn)行連接，每個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I的間隙為0.5mm。
[0011]在具體實(shí)施過(guò)程中，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓放大器放大后，輸送到四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，基座I和彈簧鋼片3作為壓電陶瓷片4和4’的一個(gè)電極，壓電陶瓷片4和4’的外表面各制作一層電極,驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一端與基座I相連,另一端與壓電陶瓷片4和4’電極相連。壓電陶瓷片4和4’內(nèi)形成的電場(chǎng)大小相等，方向相反。壓電陶瓷片4和4’按極性同向布置，在方向相反的電場(chǎng)作用下，一片伸長(zhǎng)，一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生振動(dòng)，有效地改變了流體流動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)抑制流動(dòng)分離和轉(zhuǎn)捩、提高流動(dòng)穩(wěn)定性，達(dá)到減少航行器在流體中的阻力、減少壓力脈動(dòng)、降低輻射噪聲等效果。同時(shí)壓電陶瓷片4和4’的位移信號(hào)可經(jīng)過(guò)激光位移傳感器測(cè)量后輸送到示波器，電壓放大器的監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)也輸送到示波器，通過(guò)示波器可以同時(shí)觀察驅(qū)動(dòng)電壓的監(jiān)測(cè)信號(hào)和位移信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行分析、處理和保存；對(duì)上方兩個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I施加電壓信號(hào)，下方兩個(gè)施加相反的電壓信號(hào)，在不同電場(chǎng)作用下可對(duì)流體實(shí)現(xiàn)旋振擾動(dòng)；對(duì)兩端翼面流動(dòng)分離控制裝置I施加電壓信號(hào)，中間兩個(gè)施加相反的電壓信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)拱形的擾流方式，有效地改變了流體的流動(dòng)狀態(tài)；根據(jù)實(shí)際情況可對(duì)每個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I單獨(dú)加載電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多種擾流方式，達(dá)到減小流動(dòng)分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能的目的。
[0012]翼面流動(dòng)分離控制裝置I可單獨(dú)加載電壓信號(hào)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、安裝方便、耗能少、可以實(shí)時(shí)有效地改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到減小流動(dòng)分離、改善機(jī)翼氣動(dòng)性能控制效果，是流體主動(dòng)控制領(lǐng)域比較前沿的技術(shù)，應(yīng)用潛力大。
【權(quán)利要求】
1.一種翼面流動(dòng)分離控制裝置，其特征在于，翼面流動(dòng)分離控制裝置基于壓電雙晶片采用模塊化結(jié)構(gòu)，使用并聯(lián)加載方式同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)翼面流動(dòng)分離控制裝置I，裝置由基座(I)、樹脂膠層(2)、彈簧鋼片(3)、上壓電陶瓷片(4)、下壓電陶瓷片(4’)、上壓電陶瓷片電極引線(5)、下壓電陶瓷片電極引線(5’)、彈簧鋼片電極引線(5”)組成。其中，上、下壓電陶瓷片(4)、(4’ )由鋯鈦酸鉛制備而成，粘貼在彈簧鋼片(3)上、下表面，右側(cè)端面齊平，彈簧鋼片(3)左側(cè)粘貼在基座(I)上，基座(I)上層涂抹樹脂膠層(2)，最終擬合翼型模型流線，壓電陶瓷片⑷和(4’ )表面上鍍一層銀電極，壓電陶瓷片(4)、(4’ )分別引出的電極引線(5)、(5’)，通過(guò)基座(I)上的小孔及下表面的槽內(nèi)進(jìn)行走線，彈簧鋼片(3)引出的電極引線(5”)接地。
【文檔編號(hào)】B64C13/00GK103770933SQ201410059093
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】劉巍, 賈振元, 畢曉丹, 劉偉國(guó), 姜尓東 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)