CN108223500A - 一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器，包括激励器本体，压电振动薄膜5，盖板3，出口缝4，点火正极1，点火负极2和外接脉冲电源，所述激励器本体内部包括一腔体，工作时，连接在激励器腔体两侧的正负电极击穿空气放电，放电腔体内的气体被瞬间加热，激励器腔体内形成的高压等离子体在压电振动薄膜5的组合作用下通过出口缝4从盖板上的开口高速喷出，形成高速射流。解决了压电振动式激励器形成射流速度过低及高频等离子体合成射流激励器容易造成腔内能量积聚造成温度过高甚至超过材料的最大限度等问题，既可以提高合成射流速度又有效的降低了腔内温度，同时增加了气体的回填率，提高了能量的利用效率。

Description

一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激 励器

技术领域

本发明涉及快速响应流动控制领域，尤其涉及一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器。

背景技术

早期的合成射流是利用合成射流激励器腔体内振动薄膜的振动（如压电，铁电，电磁及静电或活塞驱动），在激励器出口孔/缝处产生连续不断向扩展的一系列非定常涡环（或涡对），从而对主流方向产生可预期的影响。合成射流技术的特点是不需要引入额外的质量，而是利用流场内本身的流体合成的射流，被称为“零质量射流”。在气体掺混增强，流动控制，微泵，矢量控制等领域具有独特的优势，因此具有非常广阔的应用前景。

美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室于2003年提出一种等离子体合成射流激励器作为一种新型的流动控制技术。该激励器由内置印记与阳极的绝缘腔体以及腔体上表面的出流孔缝组成。该等离子体合成射流激励器的工作原理：阳极与阴极分别与高压脉冲电源的正负极相连。当电源运行时，腔体内的空气由于电极放电而被击穿形成高温高压的等离子体，高温高压气流经出流孔/缝形成高速射流。该技术无需额外的质量输入，具有响应快，工作频带宽，质量轻，结构简单等优点，成为目前主动流动控制领域人们争相研究的热点。

但目前存在的合成射流能量积聚过多会造成温度过高的问题以及无法提高能量利用效率和增加空气回填率的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对已知技术的不足，提出一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器。该激励器可解决能量积聚过多而造成温度过高的问题，同时可以提高能量利用率和增加空气回填率。使用该装置时，可根据实际需要对工作频率，出口形状，腔体尺寸等参数进行调控，以满足使用需要。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器，包括激励器本体、压电振动薄膜、盖板、射流出口缝、点火正极、点火负极和外接脉冲电源，所述激励器本体内部包括一腔体，所述压电振动薄膜设置在所述腔体的底部，所述点火正极和点火负极分别从所述激励器本体的两侧嵌入腔体内，所述盖板设置在所述激励器本体的顶部，所述盖板包括一开口，所述射流出口缝设置在所述腔体和所述盖板之间，所述射流出口缝的出口与所述盖板的开口对接从而使得所述腔体与外界联通。

进一步地，所述射流出口缝呈直通圆管形或渐扩圆管形或拉法尔喷管形或长方体形。

进一步地，所述盖板和压电振动薄膜分别通过高温密封胶粘贴连接在激励器腔体底部和激励器本体顶部，所述激励器本体为长方体形

进一步地，所述合成射流的产生来自于压电振动薄膜的振动和两电极等离子体的组合激励。

进一步地，所述压电振动薄膜的振动激励频率为100Hz到1000Hz，两电极放电频率为1000Hz到10000Hz，脉冲电源电压峰值不小于20KV。

进一步地，所述点火正极、点火负极对称分布于激励器腔体两侧中间位置，两电极尖端保持合适的距离以达到火花放电的目的。

进一步地，所述射流出口缝的出口与所述盖板的开口形状相匹配。

进一步地，所述激励器腔体为长方体形，长度为20mm，宽度为5mm，高度为20mm。

进一步地，所述盖板的开口为长10mm，宽1mm的矩形。

进一步地，所述点火正极和点火负极均采用坞或钨的合金制作。

相对于现有技术，本发明一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器的有益效果为：采用可拆换的盖板式组合方式可根据实际需要选用不同开口或缝的盖板而达到灵活使用的目的。同时采用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器可以取长补短，解决了腔内温度过高的问题和传统激励器速度过低的问题，本发明并不是简单的将两种工作方式简单叠加，而是在发现两种单独的工作模式均存在缺陷和问题的基础上进行的创造性的改进，当将两种方式有机的结合后同时克服了单一模式的问题使得本发明的技术效果获得了质的飞越，在能够获得两种单一模式的效果的叠加的基础上更加能够使得系统整体工作效率提高激励效果提升并且系统也不需要承受高压的风险，两种工作模式协同配合取得了突出的实质性的效果和提升。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明激励器三维图。

图2为本发明激励器局部俯视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

参见附图1-2，本发明一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器的实施实例。包括长方形激励器本体，压电振动薄膜5，盖板3，出口缝4，点火正极1，点火负极2和外接脉冲电源（未图示）。所述激励器本体包括激励器腔体，激励器本体两侧设有贯穿该激励器本体的直径为2mm的通孔，与两电极大小相匹配。该激励器腔体的长度为20mm，宽度为5mm，高度为20mm。该激励器腔体及盖板选用绝缘性好，可机加工的氮化硼陶瓷制作，盖板的尺寸大小与激励器本体顶部的尺寸大小匹配，厚3mm，底部压电振动薄膜可采用弹性材料，柔性材料或复合材料，尺寸大小与激励器腔体底部尺寸大小匹配。盖板上所开射流出口，长10mm，宽1mm。出口缝4可以是直通圆管形或渐缩圆管形或拉法尔喷管形或长方体形。盖板与激励器本体之间采用高温密封胶粘贴的方式同轴线粘贴连接。两电极对称分布在激励器本体两侧中间位置，均采用坞或钨的合金制作，两电极与本体之间用高温热胶粘连。

在该压电膜振动和两电极等离子体组合式合成射流激励器使用时，有两套供电系统，一套用于产生两电极等离子体的高压脉冲电源，另一套用于产生压电膜片振动的激励脉冲。前者脉冲电源电压峰值不小于20KV，最大调制频率不得小于1000Hz，保证电极之间是火花放电不是辉光放电，后者最大调制频率不得小于500Hz。

该压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器的工作过程与原理：接通外部脉冲电源系统，通过连接在激励器腔体两端的点火正极和点火负极的电势差击穿空气放电，在腔内形成高温高压的等离子体，同时底部的振动薄膜以一定的激励频率振动。在激励器腔体内外压力差以及振动膜片的共同作用下将腔内的等离子体通过出口缝和盖板上的开口排出，形成高速的合成射流。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用压电振动薄膜和两电极等离子体组合式合成射流激励器，其特征在于包括激励器本体、压电振动薄膜（5）、盖板（3）、射流出口缝（4）、点火正极（1）、点火负极（2）和外接脉冲电源，所述激励器本体内部包括一腔体，所述压电振动薄膜（5）设置在所述腔体的底部，所述点火正极（1）和点火负极（2）分别从所述激励器本体的两侧嵌入腔体内，所述盖板（3）设置在所述激励器本体的顶部，所述盖板（3）包括一开口，所述射流出口缝（4）设置在所述腔体和所述盖板（3）之间，所述射流出口缝（4）的出口与所述盖板（3）的开口对接从而使得所述腔体与外界联通。

2.根据权利要求1所述的激励器，其特征在于：所述射流出口缝（4）呈直通圆管形或渐扩圆管形或拉法尔喷管形或长方体形。

3.根据权利要求1所述的激励器，其特征在于：所述盖板（3）和压电振动薄膜（5）分别通过高温密封胶粘贴连接在激励器腔体底部和激励器本体顶部。

4.根据权利要求1-3任一项所述的激励器，其特征在于：所述激励器本体为长方体形。

5.根据权利要求1-3任一项所述的激励器，其特征在于：所述压电振动薄膜（5）的振动激励频率为100Hz到1000Hz，两电极放电频率为1000Hz到10000Hz，脉冲电源的电压峰值不小于20KV。

6.根据权利要求1-3任一项所述的激励器，其特征在于：所述点火正极（1）、点火负极（2）对称分布于激励器本体两侧中间位置，两电极尖端保持合适的距离以达到火花放电的目的。

7.根据权利要求1-3任一项所述的激励器，其特征在于：所述射流出口缝（4）的出口与所述盖板（3）的开口形状相匹配。

8.根据权利要求4所述的激励器，其特征在于：所述激励器腔体为长方体形，长度为20mm，宽度为5mm，高度为20mm。

9.根据权利要求8所述的激励器，其特征在于：所述盖板（3）的开口为长10mm，宽1mm的矩形。

10.根据权利要求1-3任一项所述的激励器，其特征在于：所述点火正极（1）和点火负极（2）均采用坞或钨的合金制作。