專利名稱：雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空航天領(lǐng)域，是一種雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
合成射流技術(shù)是一種出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代的新型流動(dòng)控制技術(shù)。通過(guò)合成射 流技術(shù)可以有效地推遲分離、延緩失速，從而達(dá)到大幅度提高升力、降低阻力，提高飛行性 能的目的；可以實(shí)現(xiàn)推力矢量的控制；可以增強(qiáng)混合及提高微型飛行器的操縱力；也可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)前體渦的控制及直升機(jī)旋翼動(dòng)態(tài)失速控制，經(jīng)過(guò)近十年來(lái)的發(fā)展，已經(jīng)成為各個(gè)國(guó) 家航空航天領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，而且極有可能發(fā)展成為主動(dòng)流動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的重大突破性技 術(shù)。 合成射流技術(shù)實(shí)現(xiàn)流動(dòng)控制的一個(gè)重要挑戰(zhàn)就是如何發(fā)展效率更高、更可靠的流 動(dòng)控制致動(dòng)器。合成射流致動(dòng)器通常由空腔、振動(dòng)膜、噴口等部分組成，實(shí)質(zhì)上是一種單膜 單腔單噴口的激勵(lì)器，其中振動(dòng)薄膜為平板型。當(dāng)振動(dòng)膜向下運(yùn)動(dòng)，周圍流體通過(guò)噴口被吸 入空腔。當(dāng)振動(dòng)膜向上運(yùn)動(dòng)，流體從噴口噴出，并在噴流與周圍流體間形成了一個(gè)剪切層， 剪切層巻起形成旋渦對(duì)(圓形噴口時(shí)為渦環(huán))。而后當(dāng)振動(dòng)膜背向噴口運(yùn)動(dòng)，再將周圍流體 拽回空腔時(shí)，此時(shí)旋渦對(duì)在自身的誘導(dǎo)速度作用下已遠(yuǎn)離噴口，幾乎不再受影響。所以當(dāng)薄 膜周期性振動(dòng)時(shí)，會(huì)形成一系列的旋渦，旋渦不斷的往下游遷移。在遷移的過(guò)程中，旋渦能 量不斷耗散，其相干結(jié)構(gòu)不斷逐漸消失，最后演變?yōu)樯y的湍流，與周圍的環(huán)境流體融為一 體。周期性運(yùn)動(dòng)的薄膜導(dǎo)致噴口處不斷產(chǎn)生旋渦，旋渦源源不斷地將動(dòng)量輸送到遠(yuǎn)離噴口 的流場(chǎng)中并且重復(fù)整個(gè)演化過(guò)程，在離開(kāi)噴口一定距離后形成類似于定常射流的流型。
合成射流致動(dòng)器是一種小型或微型流體控制器件，作為產(chǎn)生合成射流的動(dòng)作部 件，是合成射流技術(shù)發(fā)展的一個(gè)核心問(wèn)題。振動(dòng)薄膜是致動(dòng)器的核心部件，它把所輸入的電 能或其它形式能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，通過(guò)激勵(lì)源激勵(lì)而產(chǎn)生合成射流。根據(jù)激勵(lì)源形式的不同 可以大致分為以下幾類壓電式激勵(lì)、電磁式激勵(lì)、聲學(xué)激勵(lì)、活塞激勵(lì)、形狀記憶合金金屬 膜振動(dòng)式、聚偏二氟乙烯膜振動(dòng)式等。目前研究結(jié)果表明壓電激勵(lì)式致動(dòng)器具有提供能量 較大、工作頻段寬、易小型化、結(jié)構(gòu)重量輕等特點(diǎn)，是目前研究最多、最具有應(yīng)用前景的一種 致動(dòng)器?，F(xiàn)有的壓電式合成射流致動(dòng)器大都采用單膜單噴口形式，而且振動(dòng)薄膜通常采用 平板型，其平面形狀呈現(xiàn)圓形，振動(dòng)方向與噴口同心，致動(dòng)器兩側(cè)是圓柱型腔體實(shí)壁，腔體 底部布置振動(dòng)薄膜，其剖面結(jié)構(gòu)如圖l所示。通過(guò)薄膜的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)化，在噴口處獲 得較高的動(dòng)能。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的能量轉(zhuǎn)化能力低的不足，本發(fā)明提出了一種雙膜單腔單 噴口合成射流致動(dòng)器。 本發(fā)明包括兩個(gè)薄膜支架、兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜、盒體和兩對(duì)電極導(dǎo)線，并且兩個(gè)弓 形振動(dòng)薄膜的外緣分別粘接固定在薄膜支架內(nèi)孔一端的安裝面上。固定有弓形振動(dòng)薄膜的兩個(gè)薄膜支架分別位于盒體的兩端，并與盒體固定連接。 弓形振動(dòng)薄膜包括PZT陶瓷片和弓形的銅箔片，陶瓷片和銅箔片粘結(jié)在一起，環(huán) 銅箔片下底外圓周的端面通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié)劑與PZT陶瓷片粘結(jié)在一起，形成了縱剖面呈弓形 的振動(dòng)薄膜；銅箔片的弓形內(nèi)表面與PZT陶瓷片的上表面之間形成了梯形的薄膜空腔。壓 電陶瓷片直徑與銅箔片直徑的比例為0. 4 0. 8，銅箔片梯形下底直徑與銅箔片直徑的比 例為0. 3 0. 7，銅箔片梯形上底的直徑與銅箔片梯形下底直徑的比例為0. 4 0. 95 ;梯形 角度為22° 56° 。 薄膜支架內(nèi)孔的直徑同振動(dòng)薄膜的外徑；薄膜支架一端內(nèi)孔表面有弓形振動(dòng)薄膜 的安裝面。 盒體的內(nèi)徑同薄膜支架一端內(nèi)孔的最大直徑。在盒體殼體的圓周上、盒體軸向?qū)?稱線上有垂直于盒體中心線的方形或圓形噴口。 本發(fā)明中，通過(guò)兩對(duì)電極導(dǎo)線分別對(duì)兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜加載交流電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)薄 膜水平振動(dòng)，且使兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜在同一時(shí)刻振動(dòng)方向相反，振動(dòng)薄膜振動(dòng)方向與噴口 中心線之間相互垂直，則在噴口處能有經(jīng)電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后的氣流噴出。
由于本發(fā)明所采取的技術(shù)方案，使壓電陶瓷和銅箔片之間為梯形空腔，并且二者 的接觸部分不產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)。Cymbal型壓電陶瓷與銅箔片所組成的復(fù)合體具有正壓電效 應(yīng)，并且該復(fù)合體不僅在d33作用下發(fā)生縱向的振動(dòng)，而且還在d31作用下發(fā)生橫向的拉伸 和收縮作用，從而間接反應(yīng)到縱向的振動(dòng)，增加了縱向的振動(dòng)量，即綜合利用了 d33和d31，使 Cymbal型壓電陶瓷與銅箔片復(fù)合體獲得較高的有效d33值，比平板型結(jié)構(gòu)振動(dòng)薄膜(僅d33 發(fā)揮作用)而言能夠獲得更高的變形量，提高其能量轉(zhuǎn)化的能力，使噴口產(chǎn)生更大的動(dòng)能， 即提高了致動(dòng)器通過(guò)電能轉(zhuǎn)化為噴口動(dòng)能的能力。本發(fā)明用于提高翼型的升力，改善翼型 的失速特性，以及在增強(qiáng)混合等方面都具有良好的應(yīng)用前景。


附圖1是現(xiàn)有技術(shù)中合成射流致動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是弓形振動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)剖面示意圖； 附圖4是弓形振動(dòng)薄膜俯視圖； 附圖5是薄膜支架結(jié)構(gòu)俯視圖； 附圖6是薄膜支架結(jié)構(gòu)剖面示意圖； 附圖7是腔體蓋結(jié)構(gòu)俯視圖； 附圖8是腔體蓋結(jié)構(gòu)剖面示意圖。其中 1.平板型振動(dòng)薄膜2.薄膜支架3.盒體 4.安裝面 5.噴口 6.弓形振動(dòng)薄膜 7.薄膜空腔8.銅箔片9.PZT陶瓷片
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 本實(shí)施例包括兩個(gè)薄膜支架2、兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6、盒體3和兩對(duì)電極導(dǎo)線，并且 兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6的外緣分別粘接固定在薄膜支架2內(nèi)孔一端的安裝面4上。固定有弓形振動(dòng)薄膜6的兩個(gè)薄膜支架2分別位于盒體3的兩端，并與盒體固定連接。
弓形振動(dòng)薄膜6包括PZT陶瓷片9和銅箔片8。 PZT陶瓷片9為圓形薄片，其外徑 小于薄膜支架2的內(nèi)徑。銅箔片8為圓形，其外徑同支架2內(nèi)孔上臺(tái)階狀的弓形振動(dòng)薄膜 6安裝面；銅箔片的中心處為凸出的梯形臺(tái)。環(huán)銅箔片8下底外圓周的端面通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié) 劑與PZT陶瓷片9粘結(jié)在一起，形成了縱剖面呈弓形的振動(dòng)薄膜；銅箔片8的弓形內(nèi)表面與 PZT陶瓷片9的上表面之間形成了梯形的薄膜空腔7。壓電陶瓷片直徑與銅箔片直徑的比 例為0. 8，銅箔片8梯形下底直徑與銅箔片直徑的比例為0. 7，銅箔片8梯形上底的直徑與 銅箔片梯形下底直徑的比例為0.95;梯形角度為22。。在兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜的PZT陶瓷片 9的圓心處和銅箔片8的外緣處分別焊接有一根電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線的另一端與激勵(lì)裝置 連接。 薄膜支架2為用環(huán)氧樹(shù)脂板制成的圓形殼體桿件。薄膜支架2內(nèi)孔的直徑同振動(dòng) 薄膜1的外徑；薄膜支架2—端的內(nèi)孔為臺(tái)階孔，臺(tái)階孔的內(nèi)臺(tái)階面形成了弓形振動(dòng)薄膜的 安裝面4 ;弓形振動(dòng)薄膜6的外緣粘接固定在安裝面4上。環(huán)薄膜支架2的一端端面均勻 分布有連接孔。 盒體3為圓形筒體，其內(nèi)徑同薄膜支架2 —端內(nèi)孔的最大直徑。盒體3的高度須 高于弓形振動(dòng)薄膜6的振幅。在盒體3殼體的圓周上、盒體3軸向?qū)ΨQ線上有垂直于盒體 3中心線的方形噴口 5。 使用時(shí)，本實(shí)施例中的盒體水平放置，通過(guò)兩對(duì)電極導(dǎo)線分別對(duì)兩個(gè)弓形振動(dòng)薄 膜加載交流電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)薄膜水平振動(dòng)，且使兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜在同一時(shí)刻振動(dòng)方向相反， 振動(dòng)薄膜振動(dòng)方向與噴口中心線之間相互垂直，則在噴口處能有經(jīng)電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后的氣 流噴出。 實(shí)施例二 本實(shí)施例包括兩個(gè)薄膜支架2、兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6、盒體3和兩對(duì)電極導(dǎo)線，并且 兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6的外緣分別粘接固定在薄膜支架2內(nèi)孔一端的安裝面4上。固定有弓 形振動(dòng)薄膜6的兩個(gè)薄膜支架2分別位于盒體3的兩端，并與盒體固定連接。
弓形振動(dòng)薄膜6包括PZT陶瓷片9和銅箔片8。 PZT陶瓷片9為圓形薄片，其外徑 小于薄膜支架2的內(nèi)徑。銅箔片8為圓形，其外徑同支架2內(nèi)孔上臺(tái)階狀的弓形振動(dòng)薄膜 6安裝面；銅箔片的中心處為凸出的梯形臺(tái)。環(huán)銅箔片8下底外圓周的端面通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié) 劑與PZT陶瓷片9粘結(jié)在一起，形成了縱剖面呈弓形的振動(dòng)薄膜；銅箔片8的弓形內(nèi)表面與 PZT陶瓷片9的上表面之間形成了梯形的薄膜空腔7。壓電陶瓷片直徑與銅箔片直徑的比 例為0. 4，銅箔片8梯形下底直徑與銅箔片直徑的比例為0. 3，銅箔片8梯形上底的直徑與 銅箔片梯形下底直徑的比例為0.4;梯形角度為56。。在兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜的PZT陶瓷片 9的圓心處和銅箔片8的外緣處分別焊接有一根電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線的另一端與激勵(lì)裝置 連接。 薄膜支架2為用環(huán)氧樹(shù)脂板制成的圓形殼體桿件。薄膜支架2內(nèi)孔的直徑同振動(dòng) 薄膜1的外徑；薄膜支架2—端的內(nèi)孔為臺(tái)階孔，臺(tái)階孔的內(nèi)臺(tái)階面形成了弓形振動(dòng)薄膜的 安裝面4 ;弓形振動(dòng)薄膜6的外緣粘接固定在安裝面4上。環(huán)薄膜支架2的一端端面均勻 分布有連接孔。 盒體3為圓形筒體，其內(nèi)徑同薄膜支架2 —端內(nèi)孔的最大直徑。盒體3的高度須
5高于弓形振動(dòng)薄膜6的振幅。在盒體3殼體的圓周上、盒體3軸向?qū)ΨQ線上有垂直于盒體 3中心線的圓形噴口 5。 使用時(shí)，本實(shí)施例中的盒體水平放置，通過(guò)兩對(duì)電極導(dǎo)線分別對(duì)兩個(gè)弓形振動(dòng)薄 膜加載交流電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)薄膜水平振動(dòng)，且使兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜在同一時(shí)刻振動(dòng)方向相反， 振動(dòng)薄膜振動(dòng)方向與噴口中心線之間相互垂直，則在噴口處能有經(jīng)電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后的氣 流噴出。 實(shí)施例三 本實(shí)施例包括兩個(gè)薄膜支架2、兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6、盒體3和兩對(duì)電極導(dǎo)線，并且 兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6的外緣分別粘接固定在薄膜支架2內(nèi)孔一端的安裝面4上。固定有弓 形振動(dòng)薄膜6的兩個(gè)薄膜支架2分別位于盒體3的兩端，并與盒體固定連接。
弓形振動(dòng)薄膜6包括PZT陶瓷片9和銅箔片8。 PZT陶瓷片9為圓形薄片，其外徑 小于薄膜支架2的內(nèi)徑。銅箔片8為圓形，其外徑同支架2內(nèi)孔上臺(tái)階狀的弓形振動(dòng)薄膜 6安裝面；銅箔片的中心處為凸出的梯形臺(tái)。環(huán)銅箔片8下底外圓周的端面通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié) 劑與PZT陶瓷片9粘結(jié)在一起，形成了縱剖面呈弓形的振動(dòng)薄膜；銅箔片8的弓形內(nèi)表面與 PZT陶瓷片9的上表面之間形成了梯形的薄膜空腔7。壓電陶瓷片直徑與銅箔片直徑的比 例為0. 6，銅箔片8梯形下底直徑與銅箔片直徑的比例為05，銅箔片8梯形上底的直徑與銅 箔片梯形下底直徑的比例為0.8;梯形角度為30。。在兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜的PZT陶瓷片9 的圓心處和銅箔片8的外緣處分別焊接有一根電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線的另一端與激勵(lì)裝置連 接。 薄膜支架2為用環(huán)氧樹(shù)脂板制成的圓形殼體桿件。薄膜支架2內(nèi)孔的直徑同振動(dòng) 薄膜1的外徑；薄膜支架2—端的內(nèi)孔為臺(tái)階孔，臺(tái)階孔的內(nèi)臺(tái)階面形成了弓形振動(dòng)薄膜的 安裝面4 ;弓形振動(dòng)薄膜6的外緣粘接固定在安裝面4上。環(huán)薄膜支架2的一端端面均勻 分布有連接孔。 盒體3為圓形筒體，其內(nèi)徑同薄膜支架2—端內(nèi)孔的最大直徑。盒體3的高度須 高于弓形振動(dòng)薄膜6的振幅。在盒體3殼體的圓周上、盒體3軸向?qū)ΨQ線上有垂直于盒體 3中心線的方形噴口 5。 使用時(shí)，本實(shí)施例中的盒體水平放置，通過(guò)兩對(duì)電極導(dǎo)線分別對(duì)兩個(gè)弓形振動(dòng)薄 膜加載交流電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)薄膜水平振動(dòng)，且使兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜在同一時(shí)刻振動(dòng)方向相反， 振動(dòng)薄膜振動(dòng)方向與噴口中心線之間相互垂直，則在噴口處能有經(jīng)電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后的氣 流噴出。 實(shí)施例四 本實(shí)施例包括兩個(gè)薄膜支架2、兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6、盒體3和兩對(duì)電極導(dǎo)線，并且 兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜6的外緣分別粘接固定在薄膜支架2內(nèi)孔一端的安裝面4上。固定有弓 形振動(dòng)薄膜6的兩個(gè)薄膜支架2分別位于盒體3的兩端，并與盒體固定連接。
弓形振動(dòng)薄膜6包括PZT陶瓷片9和銅箔片8。 PZT陶瓷片9為圓形薄片，其外徑 小于薄膜支架2的內(nèi)徑。銅箔片8為圓形，其外徑同支架2內(nèi)孔上臺(tái)階狀的弓形振動(dòng)薄膜 6安裝面；銅箔片的中心處為凸出的梯形臺(tái)。環(huán)銅箔片8下底外圓周的端面通過(guò)導(dǎo)電粘結(jié) 劑與PZT陶瓷片9粘結(jié)在一起，形成了縱剖面呈弓形的振動(dòng)薄膜；銅箔片8的弓形內(nèi)表面與 PZT陶瓷片9的上表面之間形成了梯形的薄膜空腔7。壓電陶瓷片直徑與銅箔片直徑的比例為0. 6，銅箔片8梯形下底直徑與銅箔片直徑的比例為0. 5，銅箔片8梯形上底的直徑與 銅箔片梯形下底直徑的比例為0.6;梯形角度為40。。在兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜的PZT陶瓷片 9的圓心處和銅箔片8的外緣處分別焊接有一根電極導(dǎo)線，電極導(dǎo)線的另一端與激勵(lì)裝置 連接。 薄膜支架2為用環(huán)氧樹(shù)脂板制成的圓形殼體桿件。薄膜支架2內(nèi)孔的直徑同振動(dòng) 薄膜1的外徑；薄膜支架2—端的內(nèi)孔為臺(tái)階孔，臺(tái)階孔的內(nèi)臺(tái)階面形成了弓形振動(dòng)薄膜的 安裝面4 ;弓形振動(dòng)薄膜6的外緣粘接固定在安裝面4上。環(huán)薄膜支架2的一端端面均勻 分布有連接孔。 盒體3為圓形筒體，其內(nèi)徑同薄膜支架2 —端內(nèi)孔的最大直徑。盒體3的高度須 高于弓形振動(dòng)薄膜6的振幅。在盒體3殼體的圓周上、盒體3軸向?qū)ΨQ線上有垂直于盒體 3中心線的圓形噴口 5。 使用時(shí)，本實(shí)施例中的盒體水平放置，通過(guò)兩對(duì)電極導(dǎo)線分別對(duì)兩個(gè)弓形振動(dòng)薄 膜加載交流電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)薄膜水平振動(dòng)，且使兩個(gè)弓形振動(dòng)薄膜在同一時(shí)刻振動(dòng)方向相反， 振動(dòng)薄膜振動(dòng)方向與噴口中心線之間相互垂直，則在噴口處能有經(jīng)電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能后的氣 流噴出。
權(quán)利要求
一種雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器，包括薄膜支架、由PZT陶瓷片(9)和弓形的銅箔片(8)組成的振動(dòng)薄膜、盒體和電極導(dǎo)線，并且兩個(gè)振動(dòng)薄膜的外緣固定在薄膜支架上，盒體與薄膜支架的殼體之間相連接，其特征在于，組成振動(dòng)薄膜(6)的銅箔片(8)的剖面為弓形，形成了弓形振動(dòng)薄膜(6)；在薄膜支架(2)一端內(nèi)孔表面有振動(dòng)薄膜(6)的安裝面(4)，振動(dòng)薄膜(6)固定在該安裝面(4)上；固定有弓形振動(dòng)薄膜(6)的兩個(gè)薄膜支架(2)分別位于盒體(3)的兩端；在盒體(3)的圓周上、盒體(3)軸向?qū)ΨQ線上有垂直于盒體(3)中心線的噴口(5)。
2. 如權(quán)利要求1所述一種雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器，其特征在于，PZT陶瓷片 (9)的直徑與銅箔片(8)直徑的比例為0.4 0.8，銅箔片(8)梯形下底直徑與銅箔片直徑 的比例為0. 3 0. 7，銅箔片(8)梯形上底的直徑與銅箔片梯形下底直徑的比例為0. 4 0.95 ;梯形角度為22° 56° 。
全文摘要
一種雙膜單腔單噴口合成射流致動(dòng)器，在薄膜支架(2)一端內(nèi)孔表面有振動(dòng)薄膜(6)的安裝面4，由PZT陶瓷片(9)和弓形的銅箔片(8)組成的弓形振動(dòng)薄膜(6)固定在該安裝面(4)上。在盒體(3)的兩端分別固定有薄膜支架(2)。PZT陶瓷片(9)的直徑與銅箔片(8)直徑的比例為0.4～0.8，銅箔片(8)梯形下底直徑與銅箔片直徑的比例為0.3～0.7，銅箔片(8)梯形上底的直徑與銅箔片梯形下底直徑的比例為0.4～0.95；梯形角度為22°～56°。本發(fā)明能夠獲得更高的變形量，提高了能量轉(zhuǎn)化能力，使噴口產(chǎn)生更大的動(dòng)能，在提高翼型的升力、改善翼型的失速特性，以及在增強(qiáng)混合方面都具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F04B45/047GK101718235SQ20091021905
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月19日
發(fā)明者喬志德, 宋文萍, 郝禮書, 韓忠華 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)