DE102016205620A1 - Aktuator-Anordnung - Google Patents

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DE102016205620A1
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Karin Bauer
Christian Karch
Markus BLECHSCHMIDT
Alexander HEILMANN
Stefan Storm
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktuator-Anordnung (10) zur Manipulation eines einen Umströmungskörper (12) umströmenden Fluids, welches in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper angeordneten Kavität (14) aufnehmbar oder aufgenommen ist und bei seiner Manipulation wenigstens eine Öffnung (16) der wenigstens einen Kavität (14) durchtritt. Dabei ist das Volumen der wenigstens einen Kavität (14) durch Bewegung eines sie begrenzenden Wandabschnitts (18) veränderbar. Die Aktuator-Anordnung (10) hat eine Antriebseinheit (20) mit wenigstens einem Aktuator (22), dessen Betätigung den die Kavität (14) begrenzenden Wandabschnitt (18) bewegt. Um mit der Aktuator-Anordnung (10) mit geringem Aufwand eine robuste, verlässliche und verlustarme Strömungskontrolle zu erreichen, wird vorgeschlagen, den Wandabschnitt (18) starr auszubilden und den wenigstens einen Aktuator (22) bei Betätigung den Wandabschnitt (18) mittelbar manipulieren zu lassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Aktuator-Anordnung zur Manipulation eines einen Umströmungskörper umströmenden Fluids, welches in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper angeordneten Kavität aufnehmbar ist und bei seiner Manipulation wenigstens eine Öffnung der wenigstens einen Kavität durchtritt, wobei das Volumen der wenigstens einen Kavität durch Bewegung eines sie begrenzenden Wandabschnitts veränderbar ist, mit einer Antriebseinheit mit wenigstens einem Aktuator, dessen Betätigung den die Kavität begrenzenden Wandabschnitt bewegt. Außerdem betrifft die Erfindung auch eine Strömungskontrolleinrichtung mit einer solchen Aktuator-Anordnung sowie ein Verfahren zur Strömungskontrolle an einem Umströmungskörper.
  • Bei der Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Fluiden, die einen Umströmungskörper, etwa der Tragfläche eines Luftfahrzeugs, umströmen, ist die Erzeugung künstlicher Strömungen bekannt, die auch „synthetic jets” genannt werden. Deren Namensgebung rührt von dem Umstand her, dass sie aus dem den Umströmungskörper umgebenden Fluid sozusagen „synthetisiert” werden und mithin ohne eine zusätzliche Fluidversorgung, etwa mittels Montage von Rohren oder dergleichen Installationen, auskommen. Unter Umströmungskörper müssen dabei nicht zwangsläufig Tragflächen verstanden werden.
  • Beispielsweise werden auf dem Gebiet der Luftfahrt die besagten synthetic jets zur Verbesserung im Lärmverhalten, der Verbesserung des Verhaltens der Strömung an der Oberfläche des angeströmten Umströmungskörpers, also beispielsweise der Tragfläche, sowie bei der Verbesserung des Auftriebs und der Manövrierfähigkeit untersucht und gewinnbringend eingesetzt. Zentral ist dabei häufig die Frage nach einem Beitrag zum dynamischen Auftrieb als derjenigen Kenngröße, die das betreffende Luftfahrzeug in der Luft hält, und inwieweit Parameter wie Größe, Gewicht, Kräfte und Komplexität der Strömungssteuerung an sich Einfluss auf das Flugverhalten haben.
  • Ein synthetischer Jetstrom kann hierbei auf verschiedene Arten erzeugt werden, etwa durch eine elektromagnetische Antriebskraft, oder aber auch rein mechanisch, beispielsweise mittels eines Kolbens, wobei jeweils eine Membrane oszillierend bewegt wird, wodurch das Umgebungsfluid in die Kavität eingesaugt und anschließend wieder ausgestoßen wird. Die hierbei verwendeten Komponenten sind entsprechend robust auszulegen.
  • Es ist dabei die Aufgabe, mit geringem Aufwand eine robuste, verlässliche und verlustarme Strömungskontrolle zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Lösung besteht demnach insbesondere in einer Aktuator-Anordnung, bei welcher der betreffende Wandabschnitt starr ausgebildet ist und dass der wenigstens eine Aktuator bei Betätigung den Wandabschnitt mittelbar manipuliert. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche. Die Formulierung „starr” bezieht sich hierbei auf die nicht gegebene Flexibilität des Wandabschnitts im Sinne seiner Verformbarkeit in Abgrenzung zu einer flexiblen Membrane oder eines Diaphragma. Gleichwohl ist der starre Wandabschnitt als Ganzes erfindungsgemäß insbesondere sehr wohl beweglich.
  • Bei der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung werden Robustheit, Verlässlichkeit und Verlustarmut also durch den Umstand erreicht, dass der betreffende Wandabschnitt der Kavität nicht als flexible Membrane ausgelegt ist, sondern vielmehr der Wandabschnitt starr ausgebildet ist und daher einen gleichmäßigen, singularitätsfreien Flächenabschnitt bei Beaufschlagung des Fluids bildet, der im Betrieb und durch den Betrieb keine Ermüdung zeigt. Der das Fluid beaufschlagende Wandabschnitt unterliegt dabei hinsichtlich der von außen zugeführten Kraft keinen Einschränkungen, da er selbst nur mittelbar manipuliert wird und bei der Beaufschlagung des Fluids im Wesentlichen gerade nicht verformt wird, sondern vielmehr dem Fluid gegenüber eine weitgehend unnachgiebige Fläche darbietet. Überdies greift bei der mittelbaren Manipulation durch den wenigstens einen Aktuator, die durch ein entsprechendes Steuersignal ausgelöste Krafteinwirkung nicht direkt an dem Wandabschnitt an. In solcher Art ausgebildet kann der Wandabschnitt hohen Beanspruchungsanforderungen, auch hinsichtlich seiner Standzeit, gerecht werden. Es wird hierdurch eine einfache, effektive Möglichkeit zur aktiven Strömungskontrolle realisiert.
  • Um die mittelbare Manipulation des Wandabschnitts in geeigneter Weiseverzögerungs- und verlustfrei an diesen weiterleiten zu können, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung die Antriebseinheit mit wenigstens einem mit dem Wandabschnitt verbundenen Trägerglied versehen, an welchem der wenigstens eine Aktuator angeordnet ist. Das Trägerglied wiederum ist sodann über wenigstens ein Verbindungsglied, etwa in Form eines Steges, einer Stange oder dergleichen anderer kraftschlüssiger Mittel mit dem Wandabschnitt verbunden, so dass die an dem Trägerglied angreifende Kraft an den Wandabschnitt übermittelt wird. Der betreffende Wandabschnitt der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung kann auf diese Weise als eine Art Stößel-Platte ausgebildet sein.
  • In für eine problemlose Einleitung und gegebenenfalls Verstärkung der angreifenden Kraft zweckmäßiger Weise kann bei einer anderen Ausführung der Aktuator-Anordnung das Trägerglied mit wenigstens einer ebenen Fläche ausgebildet sein, an welcher der wenigstens eine Aktuator als Flächenelement ausgebildet ist, insbesondere der Aktuator an beiden Flächenseiten des Trägerglieds ausgebildet ist, von welchen Flächen er bevorzugt den überwiegenden Teil überdeckt. Es sind auch andere Ausbildungen des Trägerglieds denkbar.
  • Eine bevorzugte, weil besonders einfache Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung kann es vorsehen, den wenigstens einen Aktuator elektrisch angetrieben auszubilden, so dass zu dessen Speisung bzw. Antrieb lediglich eine Spannungsversorgung bzw. in der Nähe des Aktuators sogar nur deren Zuleitungen notwendig sind. Besonders bevorzugt kann der Aktuator dabei als Piezo-Aktor vorgesehen sein, der sich aufgrund des inversen Piezo-Effekts bei Anlegen einer elektrischen Spannung verformt und derart eine Kraft auf die Fläche ausübt, an welcher er angeordnet ist. Eine Mehrzahl solcher Piezo-Aktoren könne an der Trägergliedfläche einen Flächen-Aktor bilden, dessen Kraftausübung auf den Wandabschnitt durch Anordnung von Aktoren zu beiden Seiten der Fläche noch verstärkbar ist.
  • Um mittels einer wenig komplexen, gut beherrschbaren Bewegung eine synthetische Jetströmung erzeugen zu können, führt bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung der wenigstens eine Wandabschnitt der Kavität bei Betätigung des Aktuators eine gleichförmige Bewegung, insbesondere eine periodische gleichförmige Bewegung, die bevorzugt eine Linearbewegung ist, aus. Es vollzieht also ein starrer Wandabschnitt als bewegliche Kavitätswand eine gleichförmige periodische Bewegung anstatt beispielsweise einer ungleichförmigen Verformung einer flexiblen Membran. Die Bewegung des Wandabschnitts findet hierbei oszillierend zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt statt. Dabei sorgt beispielsweise eine elektromechanische Antriebseinheit aus Piezo-Flächenaktoren zusammen mit dem bereits erwähnten Verstärkungsmechanismus für eine lineare Stößelbewegung mit relativ hoher Amplitude, die in etwa eine Größenordnung über derjenigen des Piezo-Aktors bei relativ niedrigen Frequenzen von einigen 100 Hz liegen kann. Der Betrieb kann dabei rein elektrisch erfolgen, d. h. es wird lediglich eine (Wechsel-)Spannungsversorgung benötigt, jedoch keine Fluidanschlüsse und -leitungen.
  • Eine andere Ausführungsform der Aktuator-Anordnung bietet hinsichtlich der räumlichen Erstreckung breitere Einflussmöglichkeiten, wenn die wenigstens eine Öffnung schlitzförmig ausgebildet ist und/oder eine Düse bildet, da die von der Anordnung eingezogene und abgegebene Fluidströmung sich über einen vergrößerten Bereich in Spannweitenrichtung an dem Umströmungskörper erstreckt bzw. eine Strom mit erhöhtem Impuls an das Umgebungsfluid abgegeben werden kann.
  • Vorteilhaft kann dabei bei einer Weiterbildung der Aktuator-Anordnung die Öffnung mit einer Geometrie vorgesehen sein, durch welche die Ausstoßrichtung des Fluids aus der Kavität mit einer allgemeinen Strömungsrichtung des den Umströmungskörper umströmenden Fluids einen an die Anwendung des Umströmungskörpers anpassbaren oder angepassten Winkel einschließt. Der hierbei entstehende asymmetrische Jet kann entsprechend auf die Anwendung in der Strömungsbeeinflussung abgestimmt werden und bietet beispielsweise die Möglichkeit, verschiedene Kontrollmechanismen zu kombinieren. So kann eine direkte Impulserhöhung im Fluid ebenso erreicht werden wie eine Beeinflussung der Grenzschicht. Durch den Eintrag zusätzlichen beschleunigten Fluids in die Grenzschicht an der Oberseite des Umströmungskörpers wird Energie in die Grenzschicht eingeleitet und diese hierdurch stabilisiert wird. Sie kann länger laminar gegen den Druckgradienten am strömungsabgewandten Flächenende anströmen ohne in eine turbulente Strömung umzuschlagen. Hierdurch wird also das Verhältnis von dynamischem Auftrieb zu Strömungswiderstand beeinflusst.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung beträgt der anpassbare eingeschlossene Winkel zwischen 30° und 60°, bevorzugt 45°.
  • Bei einer anderen vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung erstreckt sich die wenigstens eine schlitzförmige Öffnung im Wesentlichen entlang der Spannweitenrichtung des Umströmungskörpers über einen Abschnitt von dessen Spannweite, so dass bezüglich über die Spannweite stets ein Bereich ähnlicher Tiefe des Umströmungskörpers mit dem synthetischen Strom beaufschlagbar ist. Außerdem kann zweckmäßigerweise die Erstreckung der schlitzförmigen Öffnung in Spannweitenrichtung im Wesentlichen mit der Erstreckung der Kavität in dieser Richtung übereinstimmen, so dass die Strömung über die Schlitzlänge gleichmäßig erfolgen kann.
  • Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Aktuator-Anordnung kann zur Verlustvermeidung vorsehen, die Kavität mit einer Geometrie zu versehen, die ein Anströmen singulärer Punkte im Innern der Kavität vermeidet. Hierbei können abrupte Querschnittänderungen beispielsweise dadurch vermieden werden, dass Kavitäts- und Düsengeometrie etwa dahingehend optimiert sind, dass diese eine an den Austrittswinkel des Fluids angepasste Asymmetrie aufweisen, z. B. durch Neigung der Öffnung um einen Winkel in Strömungsrichtung sowie einer gekrümmten Innenwand der Kavität, die Ecken vermeidet. Die Geometrie des starren Wandabschnitt kann dann vorteilhaft wiederum an die Kavität angepasst sein und bildet in diesem Fall dann keine ebene, sondern eine gewölbte Fläche.
  • Die die Kavität betretende bzw. verlassende Fluidströmung wird bei einer weiteren Ausführung der Aktuator-Anordnung dadurch positiv beeinflusst, dass die Kavität und/oder deren wenigstens eine Öffnung einen im wesentlichen rechteckigen Längsschnitt aufweisen und/oder ihre ebene Erstreckung jeweils groß im Vergleich zu ihrer Erstreckung in Bewegungsrichtung des starren Wandabschnitts sind.
  • Durch die vorstehenden Maßnahmen wird ein vergleichsweise hoher Austrittsimpuls des Fluidstroms/Jets bei moderaten Frequenzen gewährleistet, was unter anderem durch eine hohe Amplitude des Wandabschnitts und die erwähnte Düsengeometrie erreicht wird.
  • Eine Lösung der Aufgabe bildet in einem allgemeineren Sinne auch eine Strömungskontrolleinrichtung mit einer durch die vorstehenden Ausführungen näher qualifizierten Aktuator-Anordnung sowie mit zumindest einer Regeleinrichtung zur aktiven, steuerbaren Beeinflussung des Strömungsverhaltens sowie bevorzugt auch mit einer Spannungsversorgung der Antriebseinheit.
  • Gleichermaßen wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Verfahren zur Strömungskontrolle an einem Umströmungskörper, insbesondere an einem einem Fluggerät oder Luft- oder Raumfahrzeug zugeordneten Umströmungskörper, mittels einer Aktuator-Anordnung zur Manipulation eines einen Umströmungskörper umströmenden Fluids, wobei das Fluid in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper angeordneten Kavität aufgenommen wird und von dem Fluid bei seiner Manipulation eine Öffnung der Kavität durchtreten wird, wobei das Volumen der wenigstens einen Kavität durch Bewegung wenigstens eines sie begrenzenden Wandabschnitts verändert wird, und wobei eine Antriebseinheit mit wenigstens einem Aktuator vorgesehen ist, bei dessen Betätigung der die Kavität begrenzende Wandabschnitt bewegt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der wenigstens eine Wandabschnitt starr ausgebildet und der Wandabschnitt bei Betätigung des wenigstens einen Aktuators wird mittelbar manipuliert.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. In teilweise schematisierter Darstellung zeigen hierbei
  • 1 eine geschnittene perspektivische Seitenansicht der durch ein Fluid angeströmten Vorderseite eines Umströmungskörpers eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung mit in Strömungsrichtung des Fluids geschnittenem Umströmungskörper und darin angeordnetem, mit einem Trägerglied verbundenen starren, beweglichen Wandabschnitt;
  • 2 eine weitere geschnittene perspektivische Seitenansicht Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung aus der 1 aus anderer Perspektive und in Spannweitenrichtung des Umströmungskörpers geschnitten;
  • 3 eine schematische geschnittene ebene Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Aktuator-Anordnung mit einem Trägerglied sowie an diesem angeordneten Flächenaktoren; und
  • 4 eine ebene geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aktuator-Anordnung, die die Geometrie der schlitzförmigen Öffnung sowie der Kavität und den sich aus den geometrischen Umständen ergebenden Strömungswinkel des Fluids verdeutlicht.
  • In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
  • In den 14 erkennt man in unterschiedlichen Darstellungen jeweils eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Aktuator-Anordnung zur Manipulation eines einen Umströmungskörper 12 umströmenden, nicht näher dargestellten Fluids. Das Fluid umströmt einerseits den Umströmungskörper 12, andererseits ist es in einem Volumen einer in dem Umströmungskörper 12 angeordneten Kavität 14 aufnehmbar oder aufgenommen. Bei seiner Manipulation durchtritt das Fluid eine Öffnung 16 der Kavität 14, wobei das Volumen der Kavität 14 durch Bewegung wenigstens eines sie begrenzenden Wandabschnitts 18 veränderbar ist. Die Aktuator-Anordnung 10 hat eine Antriebseinheit 20 mit wenigstens einem Aktuator 22, dessen Betätigung den die Kavität 14 begrenzenden Wandabschnitt 18 bewegt. Erfindungsgemäß ist der Wandabschnitt 18 starr ausgebildet und der Aktuator 22 manipuliert bei Betätigung den Wandabschnitt 18 mittelbar.
  • In den Darstellungen der 1 und 2 erkennt man hierzu in verschiedenen, zueinander in einer Ebene senkrechten Schnittdarstellungen jeweils einen Abschnitt eines Umströmungskörpers 12, in dessen Innern jeweils eine Kavität 14 angeordnet ist. Zu der für den Betrachter nach oben gewandten Oberseite des Umströmungskörpers 12 hin wird die Kavität 14 durch das wandartige Oberteil 13 eines Gehäuses 15 begrenzt, und durch eine schlitzförmig ausgebildete, sich in Spannweitenrichtung des Umströmungskörpers 12 erstreckende Öffnung 16 kann das Umgebungsfluid in die Kavität 14 eingesogen werden, als auch diese wieder verlassen. Die Kavität 14 weist hierbei ein in etwa tropfenförmiges Profil auf, die in etwa kubische Krümmung der die Kavität begrenzenden Innenwand des Gehäusewandoberteils 13 wird von der ebenfalls eine Begrenzung der Kavität 14 bildenden Innenwand 18a des Wandabschnitts 18 in etwa nachempfunden, so dass die Kontur des Wandabschnitts 18 in Richtung des Kavitätsinneren gewölbt ist. Der an dem Oberteil 13 angeordnete Schlitz als Öffnung 16 bildet einen Winkel von ca. 45° mit der allgemeinen Richtung der den Umströmungskörper 12 anströmenden Fluidströmung, der Winkel ist abhängig von der Anwendung der Strömungskontrolleinrichtung auch anders auslegbar. Der Wandabschnitt 18 ist starr und innerhalb der Kavität 14 linear beweglich vorgesehen, so dass Fluid aus der den Umströmungskörper 12 umströmenden Strömung in die Kavität 14 eingezogen werden und aus dieser wieder abgegeben werden kann. Die Ränder des Wandschnitts 18 sind hierbei zur Abdichtung der Kavität 14 mit einem Dichtmittel 17 versehen.
  • Die Linearbewegung des Wandabschnitts 18, die als Bewegung im Wesentlichen quer sowohl zur Spannweitenrichtung als auch zur allgemeinen Strömungsrichtung des Fluids stattfindet, rührt von der Verbindung mit einem Trägerglied 24 her, welche durch ein flanschartiges im Profil t-fömiges Verbindungsteil 26 als Verbindungsmittel hergestellt wird, der mit der der Kavität 14 abgewandten Tragstruktur 19 des Wandabschnitts 18 verbunden ist, so dass eine Verformung des flächig ausgebildeten Trägerglieds 24 mit Verstärkung in eine Bewegung des Wandschnitts 18 umgewandelt werden kann. Das Trägerglied 24 erstreckt sich zu beiden Seiten des Stegs des Verbindungsteils 26 parallel zu dessen Gurt jeweils in Spannweitenrichtung.
  • Die einander abgewandten, zueinander benachbarten ebenen Flächen 25a, 25b jedes Flügels des Trägerglieds 24 erstrecken sich jeweils zueinander parallel zwischen dem Steg des Verbindungsteils 26 und der in Spannweitenrichtung benachbarten Gehäusewand, in welcher sie mit ihrem Rand in einer Nut 29 stecken, wodurch die Enden des Trägerglieds 24 festgelegt oder eingespannt sind. Dabei werden die Flächen 25a, 25b zu einem überwiegenden Teil ihrer Spannweitenerstreckung jeweils von einem Piezo-Flächenaktor 27 überdeckt, deren Betätigung zu einer Verformung des Trägerglieds 24 insgesamt derart führt, dass eine Verschiebung des Wandabschnitts 18 senkrecht zur Anregung der Flächenaktoren 27 stattfindet. Jeder der Flächenaktoren 27 ist dabei aus einer Mehrzahl von flächig nebeneinander angeordneten Aktuatoren 22 zusammengesetzt. Auf Flächen 25a, 25b mit gleich gerichteten Flächennormalen angeordnete Aktuatoren 22 und hierdurch auch die entsprechenden Flächenaktoren 27, also zum Beispiel alle Aktuatoren an der Kavität zugewandten Flächen, werden in gleiche Betätigungsrichtung angeregt, die an den „entgegen gesetzten” Flächen angeordneten Aktuatoren 22 in die entgegen gesetzte Richtung, wodurch sich insgesamt ein Verstärkungseffekt hinsichtlich der auf den Wandabschnitt 18 mittelbar ausgeübten Kraft ergibt, die in einer Amplitude der Bewegung resultiert, die in etwa eine Größenordnung über der der einzelnen als Piezo-Aktuator ausgebildeten Aktuatoren 22 liegt.
  • Diesen Umstand entnimmt man auch direkt der 3, die in größerem Detail die an den Flächen 25a, 25b des an seinen Enden eingespannten Trägerglieds 24 angeordneten, aus Aktuatoren 22 zusammengesetzten Flächenaktoren 27 zeigt. Die in der 3 dargestellte Situation zeigt dabei, dass die Flächen 25a, 25b des Trägerglieds 24 sich zwischen den Nuten 29 und dem Steg des Verbindungsteils 26 erstrecken und zum überwiegenden Teil ihrer Spannweitenerstreckung vollständig von Flächenaktoren 27 überdeckt sind, die sich an der oberen Fläche 25a kontrahieren, während sie an der unteren Fläche 25b expandieren, woraus eine Bewegung entlang der durch den Pfeil 28 angedeuteten Bewegungsrichtung entsteht. Zur Umkehr dieser Linearbewegung werden die Anregungsrichtungen der Flächenaktoren umgekehrt, wodurch im zeitlichen Verlauf eine oszillierende Bewegung des starren Wandabschnitts 18 zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt entsteht.
  • Diese Bewegung des starren Wandabschnitts 18 innerhalb der Kavität 14 erschließt sich dem Betrachter genauer aus der 4, in welcher die beiden Totpunkte 21a, 21b der Bewegung strichliniert angedeutet sind, zwischen diesen erkennt an die der Kavität 14 zugewandte, gewölbte Innenwand 18a des Wandabschnitts 18 der Aktuator-Anordnung 10. Weiter erkennt man die der Wölbung der Innenwand 18a entsprechende Krümmung der Innenwand des Oberteils 13 des Gehäuses 15. Etwa mittig an dem Oberteil 13 erstreckt sich für den Betrachter in die Betrachtungsebene hinein die schlitzartige Öffnung 16. Schließlich erkennt man, dass durch die Ausbildung der einander gegenüberliegenden Randbereiche der schlitzartigen Öffnung 16 der Fluidzutritt und -austritt zu bzw. aus der Kavität 14 unter einem gegen die allgemeine Fluidströmungsrichtung des den Umströmungskörper 12 umströmenden Fluids geneigten Winkel stattfindet, so dass eine effektive Strömungskontrolle mittels der Aktuator-Anordnung 10 ermöglicht ist.
  • Die vorstehend beschriebene Erfindung betrifft demnach eine Aktuator-Anordnung 10 zur Manipulation eines einen Umströmungskörper 12 umströmenden Fluids, welches Fluid in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper angeordneten Kavität 14 aufnehmbar oder aufgenommen ist und bei seiner Manipulation wenigstens eine Öffnung 16 der Kavität 14 durchtritt. Dabei ist das Volumen der wenigstens einen Kavität 14 durch Bewegung wenigstens eines sie begrenzenden Wandabschnitts 18 veränderbar. Die Aktuator-Anordnung 10 hat eine Antriebseinheit 20 mit wenigstens einem Aktuator 22, dessen Betätigung den wenigstens einen die Kavität 14 begrenzenden Wandabschnitt 18 bewegt. Um mit der Aktuator-Anordnung 10 mit geringem Aufwand eine robuste, verlässliche und verlustarme Strömungskontrolle zu erreichen, ist der wenigstens eine Wandabschnitt 18 starr ausgebildet und der wenigstens eine Aktuator 22 manipuliert bei Betätigung den Wandabschnitt 18 mittelbar.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Aktuator-Anordnung
    12
    Umströmungskörper
    13
    Oberteil des Gehäuses
    14
    Kavität
    15
    Gehäuse
    16
    Öffnung
    17
    Dichtmittel
    18
    Wandabschnitt
    18a
    Innenwand des Wandabschnitts
    19
    Tragstruktur des Wandabschnitts
    20
    Antriebseinheit
    21a, 21b
    Bewegungstotpunkte
    22
    Aktuator
    24
    Trägerglied
    25a, 25b
    ebene Flächen des Trägerglieds
    26
    Verbindungsteil
    27
    Flächenaktor
    28
    Richtungspfeil Bewegungsrichtung
    29
    Nut

Claims (15)

  1. Aktuator-Anordnung (10) zur Manipulation eines einen Umströmungskörper (12) umströmenden Fluids, welches in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper (12) angeordneten Kavität (14) aufnehmbar ist und bei seiner Manipulation wenigstens eine Öffnung (16) der wenigstens einen Kavität (14) durchtritt, wobei das Volumen der wenigstens einen Kavität (14) durch Bewegung eines sie begrenzenden Wandabschnitts (18) veränderbar ist, mit einer Antriebseinheit (20) mit wenigstens einem Aktuator (22), dessen Betätigung den die Kavität (14) begrenzenden Wandabschnitt (18) bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (18) starr ausgebildet ist und dass der wenigstens eine Aktuator (22) bei Betätigung den Wandabschnitt (18) mittelbar manipuliert.
  2. Aktuator-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (20) mit wenigstens einem mit dem Wandabschnitt (18) verbundenen Trägerglied (24) versehen ist, an welchem der wenigstens eine Aktuator (22) angeordnet ist.
  3. Aktuator-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerglied (24) mit wenigstens einer ebenen Fläche (25a, 25b) ausgebildet ist, an welcher der wenigstens eine Aktuator (22) als Flächenelement ausgebildet ist, insbesondere der Aktuator (22) an Flächen (25a, 25b) zu beiden Seiten eines flächigen Trägerglieds (24) ausgebildet ist, von welchen Flächen (25a, 25b) er bevorzugt den überwiegenden Teil überdeckt.
  4. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (22) elektrisch angetrieben ausgebildet ist, insbesondere als Piezo-Aktor vorgesehen ist.
  5. Aktuator-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerglied (24) eine Mehrzahl von Aktuatoren (22) vorgesehen ist, die gemeinsam zumindest einen, insbesondere an jeweils einer Fläche (25a, 25b) des Trägerglieds (24) gemeinsam einander benachbart angeordnet jeweils einen, Flächenaktor (27) bildet.
  6. Aktuator-Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Flächenaktor (27) bzw. die Mehrzahl von Flächenaktoren (27) eine Anregungsrichtung aufweisen, die senkrecht zu der Wirkungsrichtung des starren Wandabschnitts (18) steht.
  7. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (18) der Kavität (14) bei Betätigung des wenigstens einen Aktuators (22) eine gleichförmige Bewegung, insbesondere eine periodische gleichförmige Bewegung, die bevorzugt eine Linearbewegung ist, ausführt.
  8. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (16) schlitzförmig ausgebildet ist und/oder eine Düse bildet.
  9. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (16) mit einer Geometrie vorgesehen ist, durch welche die Ausstoßrichtung des Fluids aus der Kavität (14) mit einer allgemeinen Strömungsrichtung des den Umströmungskörper (12) umströmenden Fluids einen an die Anwendung des Umströmungskörpers (14) anpassbaren oder angepassten Winkel einschließt.
  10. Aktuator-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Der anpassbare eingeschlossene Winkel in etwa zwischen 30° und 60°, bevorzugt in etwa 45° beträgt.
  11. Aktuator-Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine schlitzförmige Öffnung (16) sich mit entlang der Spannweitenrichtung des Umströmungskörpers (12) über einen Abschnitt von dessen Spannweite erstreckt und/oder die Erstreckung der schlitzförmigen Öffnung (16) in Spannweitenrichtung im Wesentlichen mit der Erstreckung der Kavität (14) in dieser Richtung übereinstimmt.
  12. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (14) mit einer Geometrie versehen ist, die ein Anströmen singulärer Punkte im Innern der Kavität (14) durch das Fluid vermeidet.
  13. Aktuator-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kavität (14) und/oder deren wenigstens eine Öffnung (16) einen im wesentlichen rechteckigen Längsschnitt aufweisen und/oder ihre ebene Erstreckung jeweils groß im Vergleich zu ihrer Erstreckung in Bewegungsrichtung des starren Wandabschnitts (18) ausgebildet ist.
  14. Strömungskontrolleinrichtung mit einer Aktuator-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie mit zumindest einer Regeleinrichtung zur aktiven, steuerbaren Beeinflussung des Strömungsverhaltens und/oder mit einer Spannungsversorgung der Antriebseinheit (20).
  15. Verfahren zur Strömungskontrolle an einem Umströmungskörper (12), insbesondere an einem einem Fluggerät oder Luft- oder Raumfahrzeug zugeordneten Umströmungskörper, mittels einer Aktuator-Anordnung (10) zur Manipulation eines einen Umströmungskörper (12) umströmenden Fluids, wobei das Fluid in einem Volumen wenigstens einer in dem Umströmungskörper (12) angeordneten Kavität (14) aufgenommen wird und von dem Fluid bei seiner Manipulation eine Öffnung (16) der wenigstens einen Kavität (14) durchtreten wird, wobei das Volumen der wenigstens einen Kavität (14) durch Bewegung eines sie begrenzenden Wandabschnitts (18) verändert wird, und wobei eine Antriebseinheit (20) mit wenigstens einem Aktuator (22) vorgesehen ist, bei dessen Betätigung der die Kavität (14) begrenzende Wandabschnitt (18) bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (18) starr ausgebildet wird und dass der Wandabschnitt (18) bei Betätigung des wenigstens einen Aktuators (22) mittelbar manipuliert wird.
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