CN113232837A - 一种用于主动控制的动态涡流发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于主动控制的动态涡流发生器，属于流动控制技术领域，采用易于实现的结构来拓展发生器的作用范围，突破了传动静态涡流发生器只能作用于特定工况的局限性。本发明包括：智能梁结构与涡流发生器，通过一定的安装工艺将涡流发生器布置于智能梁结构表面，根据工况需要在压电片两端施加一定的直/交流电压，从而使梁结构发生静变形或产生振动，带动其上端的涡流发生器实现角度、位移的动态变化，以此来构成动态涡流发生器，将其布置于飞机机翼或进气道等流动控制面上，根据不同的飞行马赫数、飞行攻角产生相应的作动，从而有效地抑制激波、边界层干扰下造成的分离问题，同时，该发生器还可采用变频振动来应对不同工况下的流动分离问题。

Description

一种用于主动控制的动态涡流发生器
技术领域
本发明属于流动控制领域，尤其涉及一种用于主动控制的动态涡流发生器。
背景技术
飞机在其飞行包线范围内如果机体表面出现不利的气流分离，将带来许多不良后果，为了解决这一问题，通常在其机翼表面布置涡流发生器来有效地阻止各种气流的过早分离。传统的涡流发生器实际上是以某一安装角垂直地安装在机体表面上的小展弦比小机翼，但是由于其展弦比小，因此翼尖涡的强度相对较强。这种高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合后，就把能量传递给边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在机体表面而不致分离。由于传统的涡流发生器通常是固定在机翼表面，因此其只能在特定的工况下起作用，针对马赫数变化、飞行攻角变化等某些特殊情况时其控制效果并不理想。
发明内容
本发明提供了一种用于主动控制的动态涡流发生器，所述发生器布置于飞机机翼或进气道等流动控制面上，根据不同的飞行马赫数、飞行攻角产生相应的作动，从而有效地抑制激波、边界层干扰造成的分离问题，同时该发生器还可采用变频振动来应对不同工况下的流动分离问题。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于主动控制的动态涡流发生器，包括智能驱动部、安装基板（可根据需求选择安装在机翼、进气道等流动控制面处）和流动控制部；
所述的智能驱动部分为前驱动部与后驱动部两部分，前驱动部和后驱动部均包括智能梁结构、安装板4、端部转轴5、轴承3以及弹性元件7，智能梁结构两端插入端部转轴5的槽内，端部转轴5利用轴承3将其安装于安装板4之内，在两安装板4上套有弹性元件7可为智能梁结构变形提供所需的预压力，通过安装板4上的安装面4.1将前、后驱动部与安装基板连接。
所述的流动控制部包含涡流发生器2与卡扣8，卡扣8一端与涡流发生器2连接，另一端穿过所述安装基板上开设的前定位槽1.1与后定位槽1.2后固定于前、后驱动部的智能梁结构上，智能梁结构发生弯曲变形带动涡流发生器2运动。
以上所述结构中，所述智能梁结构采用压电智能梁结构、形状记忆合金或磁致伸缩材料，所述智能梁结构为压电智能梁结构6，前驱动部的压电智能梁结构6较短，由2片陶瓷层a6.1与一片基体层a6.2组成，基体层a6.2位于2片陶瓷层a6.1之间；后驱动部的压电智能梁结构6较长，由4片陶瓷层b6.3与一片基体层b6.4组成，4片陶瓷层左右、上下对称粘贴于基体层两表面；压电智能梁结构6两端插入端部转轴5的槽内，端部转轴5为两端细中间粗的圆柱结构，利用轴承3将其安装于安装板4之内，在两安装板4上套有弹性元件7可为压电智能结构6变形提供所需的预压力，通过安装板4上的安装面4.1将前、后驱动部与机翼基板连接；
前、后两驱动部上的智能梁结构的安装布置方式不同，通过不同的变形组合可以使涡流发生器2获得不同的状态;通过给智能梁结构施加不同幅值的直流电压，可以使其产生对应的变形量，从而使布置于其上端的涡流发生器2角度和位移发生变化; 通过给智能梁结构6施加不同频率的交流电压，可以使其以一定的频率产生形变，从而使布置于其上端的涡流发生器2以所需的频率振动; 通过针对智能梁结构进行设计，改变施加电压的相位和频率，可以使智能梁结构以所需的振型振动，从而改变其上端静态涡流发生器的振动模式。
有益效果：本发明提供了一种用于主动控制的动态涡流发生器，利用智能梁结构与传统涡流发生器进行融合设计，使得发生器可以在智能结构的驱动下实现位移和角度变化，突破了传动静态涡流发生器只能作用于特定工况的局限性，大大拓展了涡流发生器的作用范围。由于构成智能梁结构的材料和构型具有多样性，本发明中可针对具体工作环境与作用效果设计智能梁结构产生所需的变形或振动，从而有效地应对不同工况下的流动分离问题。
附图说明
图1是本发明实施例中动态涡流发生器在机翼表面安装示意图；
图2是本发明实施例中动态涡流发生器结构图；
图3是本发明实施例中压电驱动部结构图；
图4是本发明实施例中前驱动部压电智能梁结构及变形图；
图5是本发明实施例中后驱动部压电智能梁结构及变形图；
图6是本发明实施例中动态涡流发生器变形图；
图中：1为安装基板，1.1为前定位槽，1.2为后定位槽，2为涡流发生器，3为轴承，4为安装板，4.1为安装面，5为端部转轴，6为压电智能梁，6.1为陶瓷层a，6.2为基体层a，6.3为陶瓷层b，6.4为基体层b，7为弹性元件，8为卡扣。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
如图2所示，一种用于主动控制的动态涡流发生器，包括智能驱动部、安装基板和流动控制部三部分组成；所述的智能驱动部分为前驱动部与后驱动部两部分，前驱动部和后驱动部均包括智能梁结构（这里以压电智能梁结构6为例）、安装板4、端部转轴5、轴承3以及弹性元件7，压电晶片6由压电陶瓷层6.1与基体层6.2组成，其中前驱动部中压电智能梁结构较短，由2片陶瓷层6.1与一片基体层6.2组成，后驱动部压电智能梁结构6较长，由4片陶瓷层6.1与一片基体层6.2组成；压电智能梁结构两端插入端部转轴5的槽内，端部转轴5为两端细中间粗的圆柱结构，利用轴承3将其安装于安装板4之内，在两安装板4上套有弹性元件7可为压电智能梁结构6变形提供所需的预压力，通过安装板4上的安装面4.1将前、后压电驱动部与机翼基板连接。机翼基板1上开有前定位槽1.1与后定位槽1.2，前、后驱动部通过前定位槽1.1与后定位槽1.2带动涡流发生器运动，从而构成动态涡流发生器。流动控制部包含涡流发生器2与卡扣8，通过两卡扣8将涡流发生器2固定于驱动部上的压电智能梁结构6上，通过压电智能梁结构6带动涡流发生器2运动。
所述的用于主动控制的动态涡流发生器，由于压电陶瓷构成的智能结构具有多样性，根据陶瓷、基体的结构不同可以实现不同的变形，设计中可根据特定的工作场合和工作方式选择合适的变形方式，从而使其具有更好的适应性。如当前压电驱动部的压电智能梁结构6采用图4中变形1的方式，后压电驱动部的压电智能梁结构6采用图5中变形3的方式，涡流发生器则会在其带动下实现位置和角度的变化，从而达到图6所示的状态。
所述的用于主动控制的动态涡流发生器，通过给压电智能梁结构施加不同幅值的直流电压，可以使其产生对应的变形量，从而使布置于其上端的涡流发生器角度和位移发生变化，如图4与图5即为通过给压电智能梁结构陶瓷片施加不同的电压所获得的变形效果，其中前压电驱动部的压电智能梁结构可以产生3种状态，如图4所示，后压电驱动部的压电智能梁结构可以产生5种状态，如图5所示，由此可以使涡流发生器组合出15种变形方式，其中，图6所示即为当前压电驱动部的压电智能梁结构6采用图4中变形1的方式，后压电驱动部的压电智能梁结构6采用图5中变形3的方式的工作状态。
所述的用于主动控制的动态涡流发生器，通过给压电智能梁结构施加不同频率的交流电压，可以使其以一定的频率产生形变，从而使布置于其上端的涡流发生器以所需的频率振动。
所述的用于主动控制的动态涡流发生器，通过针对压电智能梁结构进行设计，改变施加在陶瓷上电压的相位和频率，可以使智能结构以所需的振型振动，从而改变其上端涡流发生器的振动模式。
以上结构中根据不同的应用场合可采用不同的智能梁结构设计方案，同时该智能梁结构也不局限于压电梁，可采用形状记忆合金、磁致伸缩材料等材料设计，通过智能梁结构带动涡流发生器产生相应的作动，如将其安装于机翼表面1可有效抑制飞机飞行构成中出现的流动分离现象，从而大大拓展了原有发生器的作用范围。
以上仅是本发明的优选实施例，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，包括智能驱动部、安装基板(1)和流动控制部；
所述的智能驱动部分为前驱动部与后驱动部两部分，前驱动部和后驱动部均包括智能梁结构、安装板(4)、端部转轴(5)、轴承(3)以及弹性元件(7)，智能梁结构两端插入端部转轴(5)的槽内，端部转轴(5)利用轴承(3)将其安装于安装板(4)之内，在两安装板(4)上套有弹性元件(7)可为智能梁结构变形提供所需的预压力，通过安装板(4)上的安装面(4.1)将前、后驱动部与安装基板(1)连接；
所述的流动控制部包含涡流发生器(2)与卡扣(8)，卡扣(8)一端与涡流发生器(2)连接，另一端穿过所述安装基板(1)上开设的前定位槽(1.1)与后定位槽(1.2)后固定于前、后驱动部的智能梁结构上，智能梁结构发生弯曲变形带动涡流发生器(2)运动。
2.根据权利要求1所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，所述智能梁结构采用压电智能梁结构、形状记忆合金或磁致伸缩材料。
3.根据权利要求1或2所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，所述智能梁结构为压电智能梁结构(6)，前驱动部的压电智能梁结构(6)较短，由(2)片陶瓷层a(6.1)与一片基体层a(6.2)组成，基体层a(6.2)位于2片陶瓷层a(6.1)之间；后驱动部的压电智能梁结构(6)较长，由4片陶瓷层b(6.3)与一片基体层b(6.4)组成，4片陶瓷层左右、上下对称粘贴于基体层两表面；压电智能梁结构(6)两端插入端部转轴(5)的槽内，端部转轴(5)利用轴承（3）将其安装于安装板（4）之内，在两安装板（4）上套有弹性元件（7）可为压电智能结构（6）变形提供所需的预压力，通过安装板（4）上的安装面（4.1）将前、后驱动部与机翼基板连接。
4.根据权利要求3所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，端部转轴(5)为两端细中间粗的圆柱结构。
5.根据权利要求3所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，前、后两驱动部上的压电智能结构(6)的陶瓷布置方式不同，通过不同的变形组合可以使涡流发生器(2)获得不同的状态。
6.根据权利要求1所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，通过给智能梁结构施加不同幅值的直流电压，可以使其产生对应的变形量，从而使布置于其上端的涡流发生器(2)角度和位移发生变化。
7.根据权利要求1所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，通过给智能梁结构(6)施加不同频率的交流电压，可以使其以一定的频率产生形变，从而使布置于其上端的涡流发生器(2)以所需的频率振动。
8.根据权利要求1所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，通过针对智能梁结构进行设计，改变施加电压的相位和频率，可以使智能梁结构以所需的振型振动，从而改变其上端静态涡流发生器的振动模式。
9.根据权利要求1所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，安装基板(1)可根据需求选择安装于不同的流动控制面上。
10.根据权利要求9所述的用于主动控制的动态涡流发生器，其特征在于，所述流动控制面为飞机机翼或进气道。
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