CN110165936B - 一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器 - Google Patents

Abstract

一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，属于空气流致振动俘能技术领域，本发明为了解决现有颤振压电俘能器难以工程推广应用、结构复杂的问题。两个翼肋之间可调整设置有前桁条、后桁条和两个弾性轴，改变翼肋间距以及前桁条与后桁条间的相对位置，从而调节蒙皮在展向和弦向上的有效工作长度；蒙皮包覆于机翼骨架上；蒙皮内部至少安装有四个压电片，且呈上下对称布置，空气流促使蒙皮产生气动弹性振动，从而激励压电片输出电压；固支座上可调节安装机翼的弾性轴，用于调节机翼的迎风角。本发明机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器可调节俘能器蒙皮的有效工作长度和机翼迎风角，从而大大提高了俘能性能和效率。

Description

一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器

技术领域

本发明涉及一种压电俘能器，具体涉及一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，属于空气流致振动俘能技术领域。

背景技术

微型旋翼或固定翼飞行器在巡航飞行和遭遇阵风时，其机翼蒙皮易受到气动弹性振动。当飞行速度超过或接近临界颤振速度时，蒙皮会发生颤振。一方面能够利用机翼的蒙皮气动弹性振动进行俘能，为无线传感器等微机电系统供电；另一方面也能够利用俘能特性影响气动弹性振动响应，抑制其振动，从而改善微型翼型飞行器的飞行稳定和控制精度。

现有技术中的流致振动俘能多为阻流体连接压电悬臂梁的单俘能器或双俘能器，阻流体大多为圆柱体、三棱柱、方柱、D形柱等形状，较少涉及到机翼当做阻流体的压电俘能器，也未涉及到直接利用机翼蒙皮的颤振压电俘能器。若将现有的压电俘能器直接应用在微型飞行器的机身或机翼上，会增加飞行器的结构复杂性，改变其气动弹性振动特性和影响飞行稳定性，难以实现俘能或抑振目的。故现有颤振压电俘能器存在难以实际工程应用、影响飞行稳定性、结构复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，以解决颤振压电俘能器无法应用于微型飞行器上进行俘能，存在难以实际工程推广应用、影响飞行稳定性、结构复杂的问题。

技术方案如下：

一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器包括固支座、机翼和压电片；所述机翼包括两个翼肋、蒙皮、前桁条、后桁条和两个弹性轴；所述两个翼肋左右对称设置，两个翼肋之间可调整设置有前桁条、后桁条和两个弹性轴，改变翼肋间距以及前桁条与后桁条间的相对位置，从而调节蒙皮在展向和弦向上的有效工作长度；所述翼肋、弹性轴、前桁条、后桁条构成机翼骨架，蒙皮包覆于机翼骨架上；所述蒙皮内部至少安装有四个压电片，且呈上下对称布置，空气流促使蒙皮产生气动弹性振动，从而激励压电片输出电压，所述固支座上可调节安装机翼的弹性轴，用于调节机翼的迎风角。

进一步地：所述固支座上设有直槽孔，弹性轴经锁紧螺母安装在固支座上；选择两个弹性轴安装在直槽孔上的相对高度，进而改变两个弹性轴的倾斜角度，从而任意调节机翼迎风角。

进一步地：所述两个翼肋上均开设有弹性轴安装孔，弹性轴为弹性螺杆，通过弹性轴安装孔与翼肋连接，并经两个螺母可调节两个翼肋在弹性轴上的相对位置；翼肋上开设有多组桁条翼肋安装孔，前桁条通过前桁条安装孔、螺钉、桁条翼肋安装孔固定在两个翼肋之间；后桁条通过后桁条安装孔、螺钉、桁条翼肋安装孔固定在两个翼肋之间。

进一步地：所述翼肋的外周开设有多组蒙皮翼肋安装孔，前桁条和后桁条上开设有多组蒙皮桁条安装孔，所述蒙皮通过蒙皮螺钉、蒙皮翼肋安装孔和蒙皮桁条安装孔固定在翼肋、前桁条和后桁条上。

进一步地：所述压电片的材料为锆钛酸铅、宏观纤维复合材料或聚偏氟乙烯聚合物。

进一步地：所述蒙皮为薄金属板材料，厚度为0.05～0.5mm。

本发明所达到的效果为：

1、机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器能直接安装在机身或机翼上，不改变微型飞行器的结构形状和气动弹性振动特性，易于工程推广应用、可操作性好、结构简单等优点。

2、设置机翼迎风角和选择机翼蒙皮在展向和弦向上的有效工作长度，影响机翼发生颤振的初始条件，改变机翼的气动弹性振动特性，能适应在不同风速和风向等复杂实际环境下进行俘能，改善俘能效率。

附图说明

图1是一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器的结构示意图(蒙皮半剖)；

图2是弹性轴的安装示意图；

图3是机翼骨架的结构示意图；

图4是翼肋的结构示意图；

图5是桁条的安装示意图；

图6是前桁条的结构示意图；

图7是后桁条的结构示意图。

图中：1—翼肋、2—压电片、3—弹性轴、4—蒙皮、5—固支座、6—蒙皮翼肋安装孔、7—桁条翼肋安装孔、8—前桁条、9—锁紧螺母、10—蒙皮桁条安装孔、11—后桁条、12—直槽孔、13—螺钉、14—弹性轴安装孔、15—前桁条安装孔、16—后桁条安装孔、17—螺母、18—蒙皮螺钉。

具体实施方式

下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。

如图1至图7所示，本发明所述的一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，包括固支座5、机翼和压电片2；固支座5上设有直槽孔12，用于安装固定机翼弹性轴3和调节机翼迎风角；机翼包括翼肋1、蒙皮4、前桁条8、后桁条11和弹性轴3，机翼骨架由翼肋1、前桁条8、后桁条11和弹性轴3连接构成。

更为具体地：弹性轴3与翼肋1由弹性轴安装孔14和两个螺母17固定连接；弹性轴3与固支座5由直槽孔12和两个锁紧螺母9固定；弹性轴3在直槽孔12能够任意选择安装高度，调整两个弹性轴3的相对倾斜角度，从而任意调节机翼迎风角。

更为具体地：翼肋1通过两个螺母17在弹性轴3上任意调节其相对距离。

更为具体地：选择前桁条8和后桁条11在桁条翼肋安装孔7的安装位置，从而调节前桁条8和后桁条11在弦向的相对位置。

更为具体地：蒙皮4由蒙皮螺钉18和蒙皮翼肋安装孔6固定在翼肋1上；蒙皮4由蒙皮螺钉18和蒙皮桁条安装孔10固定在前桁条8和后桁条11上；两个翼肋1之间、前桁条8和后桁条11之间构成蒙皮4在展向和弦向上的有效工作长度；且有效工作长度可任意调节，从而改变蒙皮的气动弹性振动特性。

更为具体地：蒙皮4上至少安装有4个压电片2，且成上下对称布置；压电片2在蒙皮4上的大小、数量和位置不限。

更为具体地：根据颤振压电俘能器放置位置风速状况，选择机翼迎风角和蒙皮4的有效工作长度，改变压电俘能器颤振发生条件和气动弹性振动特性，以适应在不同风速和风向等复杂多变环境中俘能，从而提高输出能量和改善俘能效率。

更为具体地：机翼骨架和蒙皮4组成的截面形状优先选用双凸对称型。压电片2材料不限，可以是锆钛酸铅(PZT)、宏观纤维复合材料(MFC)、聚偏氟乙烯聚合物(PVDF)等压电材料。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，其特征在于：包括固支座(5)、机翼和压电片(2)；所述机翼包括两个翼肋(1)、蒙皮(4)、前桁条(8)、后桁条(11)和两个弹性轴(3)；所述两个翼肋(1)左右对称设置，两个翼肋(1)之间可调整设置有前桁条(8)、后桁条(11)和两个弹性轴(3)，改变翼肋(1)间距以及前桁条(8)与后桁条(11)间的相对位置，从而调节蒙皮(4)在展向和弦向上的有效工作长度；所述翼肋(1)、弹性轴(3)、前桁条(8)、后桁条(11)构成机翼骨架，蒙皮(4)包覆于机翼骨架上；所述蒙皮(4)内部至少安装有四个压电片(2)，且呈上下对称布置，空气流促使蒙皮产生气动弹性振动，从而激励压电片(2)输出电压，所述固支座(5)上可调节安装机翼的弹性轴(3)，用于调节机翼的迎风角。

2.根据权利要求1所述的一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，其特征在于：所述固支座(5)上设有直槽孔(12)，弹性轴(3)经锁紧螺母(9)安装在固支座(5)上；选择两个弹性轴(3)安装在直槽孔(12)上的相对高度，进而改变两个弹性轴的倾斜角度，从而任意调节机翼迎风角。

3.根据权利要求1所述的一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，其特征在于：所述两个翼肋(1)上均开设有弹性轴安装孔(14)，弹性轴(3)为弹性螺杆，通过弹性轴安装孔(14)与翼肋(1)连接，并经两个螺母(17)可调节两个翼肋(1)在弹性轴(3)上的相对位置；翼肋(1)上开设有多组桁条翼肋安装孔(7)，前桁条(8)通过前桁条安装孔(15)、螺钉(13)、桁条翼肋安装孔(7)固定在两个翼肋(1)之间；后桁条(11)通过后桁条安装孔(16)、螺钉(13)、桁条翼肋安装孔(7)固定在两个翼肋(1)之间。

4.根据权利要求3所述的一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，其特征在于：所述翼肋(1)的外周开设有多组蒙皮翼肋安装孔(6)，前桁条(8)和后桁条(11)上开设有多组蒙皮桁条安装孔(10)，所述蒙皮(4)通过蒙皮螺钉(18)、蒙皮翼肋安装孔(6)和蒙皮桁条安装孔(10)固定在翼肋(1)、前桁条(8)和后桁条(11)上。

5.根据权利要求4所述的一种微小型机翼的蒙皮颤振激励式压电俘能器，其特征在于：所述蒙皮(4)为薄金属板材料，厚度为0.05～0.5mm。

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