CN103482060A

CN103482060A - 一种基于压电双晶片的扰流装置

Info

Publication number: CN103482060A
Application number: CN201310393123.1A
Authority: CN
Inventors: 刘巍; 贾振元; 毕晓丹; 姜尓东
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-09-01
Filing date: 2013-09-01
Publication date: 2014-01-01

Abstract

一种基于压电双晶片的扰流装置，属于压电式激励器中的主动流动控制研究领域，涉及一种基于压电双晶片的空腔流激振荡的主动抑制装置，实现了在高速气流下对空腔流激振荡有效的主动控制。该装置采用压电双晶片板状结构，由基片、上、下压电陶瓷片、电极引线组成。上、下压电陶瓷片各六个，由锆钛酸铅制备而成，分别粘贴在基片上。使用并联加载方式作为驱动,使整个结构发生更大弯曲变形，解决了压电单晶片结构变形小、串联加载方式效率低等问题。根据实际需求每组压电陶瓷片可单独加载电压信号，对高速气流可产生多种扰流方式。装置结构简单、制造容易、安装方便、耗能少、对流体施加有效的扰动，达到良好的控制效果，应用潜力大。

Description

一种基于压电双晶片的扰流装置

技术领域

本发明属于压电式激励器中的主动流动控制研究领域，特别涉及一种基于压电双晶片的空腔流激振荡的扰流抑制装置，实现在高速气流下对空腔流激振荡有效的主动控制。

背景技术

目前，研究的飞行器舱内空腔噪声抑制方法主要有被动控制方法和主动控制方法。其中主动控制是对流体施加外界能量输入的控制方法，而被动控制是不输入外界能量的控制方法。

被动控制方法对空腔流激振荡控制的研究，主要从降低或减弱剪切层涡和避免或减小与空腔后缘的碰撞两方面来研究。空腔振荡的被动控制通过几何改变而实现，主要形式是在空腔前缘加装不同形式的扰流装置，例如，安装刚性固定栏，扰流板，阶梯结构是被动流动控制技术大多是在空腔前后缘安装扰流装置，不仅破坏了飞行器的气动外形，增大阻力，而且由于被动控制大都是基于单点设计的，一定尺寸的扰流装置在设计点下具有较好的控制效果，但在偏离设计点后其控制效果大大减弱，甚至有可能会恶化空腔流场环境，尤其是在马赫数接近或超过1时，它们的作用大大减弱。空腔流激振荡的主动控制主要着眼于维持和加强剪切层的稳定性。它又可分为开环控制和闭环控制。闭环控制较开环控制多一个闭环反馈，控制信号可以通过对流体状况的感知和反馈加以修改。闭环反馈又可分为准静态反馈控制和动态反馈控制。前者的反馈信号的时间级比气流信号的时间级大很多，类似开环控制方法中的缓慢调节；后者时间级相当，这意味着要采用一种实时数字控制系统，使得控制信号以气流信号的采样速率更新。

主动控制方法较被动控制方法具有明显的优势，它可以根据流场的变化调节控制强度。因此，主动控制方法具有更好的应用前景。空腔流激振荡在航空领域比较常见，它会产生巨大的噪声，增大飞行器的飞行阻力，危害飞行器的结构安全，影响投放物的出舱角度。如何消除或抑制空腔的流激振荡，是一个亟待解决的难题。在各种主动的空腔振荡的抑制措施中，压电激励器结构简单、制造容易、安装方便、耗能少、对流体的控制效果好，因此，基于压电双晶片激励器的主动控制方法是抑制空腔流激振荡的有效措施之一。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的缺陷，发明一种基于压电双晶片的扰流装置，用于空腔流激振荡的主动控制。克服被动流动控制技术破坏飞行器的气动外形、增大阻力的缺点。该控制装置利用压电陶瓷在电场作用下产生形变的特点，采用压电双晶片的板状结构，使用并联加载方式作为驱动,使整个结构发生更大弯曲变形，解决了压电单晶片结构变形小、串联加载方式效率低等问题，实现了激励器在高速气流下对空腔流激振荡的有效的主动控制，减小了该装置的安装对飞行器结构的影响。

本发明采用的技术方案是一种基于压电双晶片的扰流装置，扰流装置采用双晶片板状结构，装置由基片1、上压电陶瓷片2、下压电陶瓷片2’、电极引线组成。其中，上、下压电陶瓷片2、2’由锆钛酸铅制备而成，上、下压电陶瓷片分别从基片1上、下表面靠近固定端的位置依次粘贴，上、下压电陶瓷片对应位置为一组；每个压电陶瓷片的表面上镀一层银电极，六个上、下压电陶瓷片2、2’分别引出的电极引线3通过基片1上的小孔及其下表面的槽走线，基片1引出的电极引线接地。

本发明的显著效果是：设计发明的一种基于压电双晶片的扰流装置，实现了在高速气流下对空腔流激振荡的有效的主动控制。它基于双晶片结构，利用压电陶瓷在电场作用下产生形变的特点，在基片1的上表面粘有六片压电陶瓷片2，下表面粘有六片压电陶瓷片2’。按相同极性粘贴，采用并联加载方式进行驱动，每组压电陶瓷片2和2’的作用相反，一片伸长时，另一片缩短，使整个结构发生更大弯曲变形，解决了压电单晶片结构变形小、串联加载方式效率低等问题；分别对每组压电陶瓷片2和2’施加不同的驱动电压，可对高速气流实现多种的扰流方式，并且在安装后避免了损坏飞行器的结构、增加阻力等问题。

附图说明

附图1为基于压电双晶片的扰流装置的结构示意图，附图2为基于压电双晶片的扰流装置的俯视图，附图3为基于压电双晶片的扰流装置的主剖视图。图中：1-基片，2-上压电陶瓷片，2’-下压电陶瓷片，3-电极引线。

附图4为基于压电双晶片的扰流装置的加载方式。

具体实施方式

结合附图和技术方案详细说明本发明的实施。本发明设计的一种基于压电双晶片的扰流装置，基于压电双晶片采用板状结构，图1为基于压电双晶片的扰流装置的结构示意图，主要包括基片1、六片上压电陶瓷片2、六片下压电陶瓷片2’和电极引线3。上、下压电陶瓷片(2、2’)由锆钛酸铅制备而成，具体型号为PZT-5H。它基于双晶片结构，利用压电陶瓷在电场作用下产生形变的特点，在基片1的上表面靠近固定端1mm的位置依次粘有六片压电陶瓷片2，下表面靠近固定端1mm的位置依次粘有六片压电陶瓷片2’，按相同极性粘贴，采用并联加载方式进行驱动，每组压电陶瓷片2和2’的作用相反，一片伸长时，另一片缩短，使整个结构发生更大弯曲变形，解决了压电单晶片结构变形小、串联加载方式效率低等问题；分别对每组压电陶瓷片2和2’施加不同的驱动电压，

在具体实施过程中，信号发生器发出的信号经过电压放大器放大后，输送到基于压电双晶片的扰流装置对其进行驱动，基片1作为压电陶瓷片2和2’的一个电极，压电陶瓷片2和2’的外表面各制作一层电极，驱动信号的一端与基片1相连，另一端与压电陶瓷片2和2’电极相连。每组压电陶瓷片2和2’内形成的电场大小相等，方向相反。压电陶瓷片2和2’按极性同向布置，在方向相反的电场作用下，一片伸长，一片缩短，使整个结构发生弯曲变形，产生与外界振动相反的振动，有效的实现了对空腔流激振荡的主动抑制，同时压电陶瓷片2和2’的位移信号可经过激光位移传感器测量后输送到示波器，电压放大器的监测电压信号也输送到示波器，通过示波器可以同时观察驱动电压的监测信号和位移信号并对其进行分析、处理和保存；对压电陶瓷片2和2’上方三组施加电压信号，下方三组施加相反的电压信号，在不同电场作用下压电陶瓷片2和2’可实现旋振；对压电陶瓷片2和2’上方两组施加电压信号，下方两组施加相反的电压信号，中间两组保持不变，可实现拱形的扰流方式；根据实际需求每组压电陶瓷片2和2’单独加载电压信号，可对高速气流产生多种扰流方式。

根据实际需求每组压电陶瓷片可单独加载电压信号，对高速气流可产生多种扰流方式。装置结构简单、制造容易、安装方便、耗能少、可以对流体施加有效的扰动，达到良好的控制效果，是流体主动控制领域比较前沿的技术，应用潜力大。

Claims

1.一种基于压电双晶片的扰流装置，其特征在于，扰流装置采用双晶片板状结构，装置由基片(1)、上压电陶瓷片(2)、下压电陶瓷片(2’)、电极引线组成；其中，上、下压电陶瓷片(2、2’)各六个，由锆钛酸铅制备而成，上、下压电陶瓷片(2、2’)分别从基片(1)上、下表面靠近固定端的位置依次粘贴；上、下压电陶瓷片对应位置为一组，采用并联加载方式进行驱动，每组上、下压电陶瓷片（2、2’）的作用相反，在每个压电陶瓷片表面上镀一层银电极，六个上、下压电陶瓷片（2、2’）分别引出的电极引线(3)通过基片(1)上的小孔及其下表面的槽走线，由基片(1)引出的电极引线接地。