CN110500345A - 一种合成射流阵列装置 - Google Patents

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郑耀
叶志贤
蒋逸阳
田泽南
莫邵昌
邹建锋
张阳
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/006—Circuit elements having no moving parts for aeronautics; for rockets (drives, controls); for satellites; for air cushion vehicles; for controlling vessels or torpedoes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/02—Details, e.g. special constructional devices for circuits with fluid elements, such as resistances, capacitive circuit elements; devices preventing reaction coupling in composite elements ; Switch boards; Programme devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/22—Oscillators

Abstract

本发明公开了一种合成射流阵列装置，属于流体力学流动控制领域。该装置包括振动机构、腔体、盖板。振动机构包括若干振动单元，每个振动单元包括磁体、线圈、刚性振动盆及外部框架；所述腔体板上开有若干通孔，每个通孔内安装一个振动单元，信号发生器输入周期性电信号至振动机构的线圈中，使线圈在磁体的磁场中来回移动，带动刚性振动盆振动，挤压和扩张圆柱腔体内的空气，使气流在盖板喷口处周期性的吹气和吸气，产生宏观射流。本发明的装置采用模块化设计，具有结构紧凑、安装方便、易于阵列化排布的优点。

Description

一种合成射流阵列装置
技术领域
本发明涉及一种合成射流阵列装置，属于流体力学流动控制领域激励器装置。
背景技术
流动控制技术为当前航空航天研究领域的研究热点之一，分为主动流动控制和被动流动控制技术两大类，被动流动控制技术不需要外界能量输入，安装使用方便，但有效作用范围有限；主动流动控制技术通过在流场中注入动量引入扰动，可实现不同工况下的自适应控制
合成射流技术作为一种主动流动控制技术，由激励器产生周期性的吹气、吸气过程，产生非连续性的射流激励，且不需要外界气源引入，利用被控流场内自身的流体完成射流，属于零质量射流技术范畴。与常规的有源射流相比，合成射流简化了射流系统的复杂度，提高系统的可靠性和响应速度。目前传统的压电片式合成射流激励器，压电片的振动变形较小，产生的射流控制动量引入小，且易产生疲劳损伤导致压电片被高电压击穿，在某些流动控制应用中，单个的激励器难以达到理想的控制效果。
发明内容
本发明提供一种合成射流阵列装置，利用电磁式振动机构及其模块化设计，结构紧凑、射流效果明显、阵列化布局，以解决现有的合成射流激励器振动部件位移小导致合成射流动量输入小的缺点，及单个激励装置控制效果不明显的问题。
一种合成射流阵列装置，所述振动机构包括若干振动单元，每个振动单元包括磁体、线圈、刚性振动盆及外部框架；线圈内通入电信号通过磁体驱动刚性振动盆振动；
所述腔体板上开有若干通孔，每个通孔内安装一个振动单元，通孔的内圆直径与振动单元的刚性振动盆直径相同；各外部框架、腔体板、盖板通过螺栓紧密连接；
所述盖板表面对应各振动单元分别开设喷口。
合成射流阵列的振动单元中，磁体位于振动机构的底部，往上依次为线圈、刚性振动盆、柔心折环，外部框架用于支撑各组件避免发生侧移；振动机构中的线圈，在输入信号发生器产生的周期性电信号后，线圈在磁体的磁场中来回移动，带动刚性振动盆运动。
合成射流阵列的腔体为厚度10mm的亚克力厚板激光切割而成，阵列中共五个腔体并列排布，五个腔体分别对应五个振动机构。
合成射流阵列盖板为厚度2mm的亚克力板激光雕刻而成，表面开设的喷口有轴线垂直盖板的狭缝及轴线与盖板成45°狭缝两种形式，在应用中可更换不同出口形式的盖板，盖板上的出口分布，分别对应五个腔体的位置。
振动机构的外部框架与腔体底部垫入密封环，腔体顶部与盖板间垫入密封环，振动机构、腔体、盖板以螺栓紧密连接，防止腔体内气体从接缝处溢出。
在振动机构通入周期性电信号后，线圈运动提供刚性振动盆一定频率的振动动力，刚性振动盆在空腔内上下运动，挤压和扩张圆柱腔体内的空气，使气流在盖板喷口处周期性的吹气和吸气，从而在出气口产生宏观射流，更换不同出口形状的盖板，形成的宏观射流的效果随之发生变化。
本发明的有益效果是：形成高射流动量的合成射流阵列，可以研究多个合成射流激励器之间的相互影响，也可研究阵列化的合成射流激励器对流动控制效果的影响。同时设计中盖板、空腔、振动机构通过螺栓连接，方便盖板的分离更换，可通过替换不同出口样式的盖板，改变合成射流的射流形式、方向，研究不同合成射流形态对流场的影响。
附图说明
图1是本发明合成射流阵列的结构示意图。
图2是本发明中合成射流激励器振动机构的结构示意图。
附图1、附图2中的标记如下：
1-盖板，2-空腔，3-振动机构，4-出气口，5-刚性振动盆，6-外部框架，7-线圈，8-磁体，9-柔性折环；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本发明利用电磁式振动机构及其模块化设计，制成了结构紧凑、可阵列化布局的合成射流阵列。所述合成射流阵列包括振动机构3、空腔2、出气盖1和配套密封环。振动机构包括磁体8、线圈7、外部框架6、柔性折环9、刚性振动盆5；磁体8位于振动机构底部，往上依次是线圈7、刚性振动盆5、柔性折环9，外部框架6用于支撑各组件避免在振动过程中发生侧移。振动机构的外部框架与腔体底部垫入密封环，腔体顶部与盖板间垫入密封环，振动机构、空腔与盖板通过螺栓紧密连接，防止腔体内的气体溢出。
上述合成射流阵列的空腔2为亚克力厚板激光切割而成，厚度为10mm，外边缘为长370mm宽74mm的矩形，内圆直径为64mm，于振动盆直径64mm相同，共五个腔体并列排布，五个腔体分别对应五个振动机构。
在振动机构中通入周期性电信号后，线圈7在磁体8的磁场中运动，带动刚性振动盆5以一定频率振动，刚性振动盆5在空腔2内上下运动，挤压和扩张圆柱腔体内的空气，使气流在盖板喷口4处周期性的吹气和吸气，从而在出气口产生宏观射流，更换不同出口形状的盖板，形成的宏观射流的效果随之发生变化。在3.6V电压，30Hz的正弦波电源作用下，该激励器最大流速为6.2m/s。
此外，本实施例提供的激励器结构简单新颖，可以通过替换盖板获得多种射流；工作条件简单，使用信号发生器控制振动机构频率；制造成本低廉，易于批量生产。

Claims (6)

1.一种合成射流阵列装置，其特征在于，包括盖板、腔体板、振动机构；
所述振动机构包括若干振动单元，每个振动单元包括磁体、线圈、刚性振动盆及外部框架；线圈内通入电信号通过磁体驱动刚性振动盆振动；
所述腔体板上开有若干通孔，每个通孔内安装一个振动单元，通孔的内圆直径与振动单元的刚性振动盆直径相同；各外部框架、腔体板、盖板通过螺栓紧密连接；
所述盖板表面对应各振动单元分别开设喷口。
2.根据权利要求1所述的一种合成射流阵列装置，其特征在于，所述的振动单元中磁体固定设于外部框架内，线圈环绕磁体设置，刚性振动盆设于磁体上方。
3.根据权利要求1所述的一种合成射流阵列装置，其特征在于，所述的腔体板为厚度10mm的亚克力厚板激光切割而成，阵列共五个腔体并列排布。
4.根据权利要求1所述的一种合成射流阵列装置，其特征在于，所述的盖板为厚度2mm的亚克力板激光雕刻而成，表面开设的喷口有轴线垂直盖板的狭缝及轴线与盖板成45°狭缝两种形式，在应用中可更换不同出口形式的盖板。
5.根据权利要求1所述的一种合成射流阵列装置，其特征在于，所述的振动单元的外部框架与腔体板底部垫入密封环，腔体板顶部与盖板间垫入密封环，振动机构、腔体、盖板以螺栓紧密连接，防止腔体内气体从接缝处溢出。
6.根据权利要求1所述的一种合成射流阵列装置，其特征在于，所述的振动单元中还包括柔性折环，设置于刚性振动盆与盖板之间。
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