一種基于壓電雙晶片的擾流裝置制造方法
【專利摘要】一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，屬于壓電式激勵(lì)器中的主動(dòng)流動(dòng)控制研究領(lǐng)域，涉及一種基于壓電雙晶片的空腔流激振蕩的主動(dòng)抑制裝置，實(shí)現(xiàn)了在高速氣流下對(duì)空腔流激振蕩有效的主動(dòng)控制。該裝置采用壓電雙晶片板狀結(jié)構(gòu)，由基片、上、下壓電陶瓷片、電極引線組成。上、下壓電陶瓷片各六個(gè)，由鋯鈦酸鉛制備而成，分別粘貼在基片上。使用并聯(lián)加載方式作為驅(qū)動(dòng),使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際需求每組壓電陶瓷片可單獨(dú)加載電壓信號(hào)，對(duì)高速氣流可產(chǎn)生多種擾流方式。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、安裝方便、耗能少、對(duì)流體施加有效的擾動(dòng)，達(dá)到良好的控制效果，應(yīng)用潛力大。
【專利說(shuō)明】—種基于壓電雙晶片的擾流裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電式激勵(lì)器中的主動(dòng)流動(dòng)控制研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電雙晶片的空腔流激振蕩的擾流抑制裝置，實(shí)現(xiàn)在高速氣流下對(duì)空腔流激振蕩有效的主動(dòng)控制。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，研究的飛行器艙內(nèi)空腔噪聲抑制方法主要有被動(dòng)控制方法和主動(dòng)控制方法。其中主動(dòng)控制是對(duì)流體施加外界能量輸入的控制方法，而被動(dòng)控制是不輸入外界能量的控制方法。
[0003]被動(dòng)控制方法對(duì)空腔流激振蕩控制的研究，主要從降低或減弱剪切層渦和避免或減小與空腔后緣的碰撞兩方面來(lái)研究。空腔振蕩的被動(dòng)控制通過(guò)幾何改變而實(shí)現(xiàn)，主要形式是在空腔前緣加裝不同形式的擾流裝置，例如，安裝剛性固定欄，擾流板，階梯結(jié)構(gòu)是被動(dòng)流動(dòng)控制技術(shù)大多是在空腔前后緣安裝擾流裝置，不僅破壞了飛行器的氣動(dòng)外形，增大阻力，而且由于被動(dòng)控制大都是基于單點(diǎn)設(shè)計(jì)的，一定尺寸的擾流裝置在設(shè)計(jì)點(diǎn)下具有較好的控制效果，但在偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)后其控制效果大大減弱，甚至有可能會(huì)惡化空腔流場(chǎng)環(huán)境，尤其是在馬赫數(shù)接近或超過(guò)I時(shí)，它們的作用大大減弱。空腔流激振蕩的主動(dòng)控制主要著眼于維持和加強(qiáng)剪切層的穩(wěn)定性。它又可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。閉環(huán)控制較開環(huán)控制多一個(gè)閉環(huán)反饋，控制信號(hào)可以通過(guò)對(duì)流體狀況的感知和反饋加以修改。閉環(huán)反饋又可分為準(zhǔn)靜態(tài)反饋控制和動(dòng)態(tài)反饋控制。前者的反饋信號(hào)的時(shí)間級(jí)比氣流信號(hào)的時(shí)間級(jí)大很多，類似開環(huán)控制方法中的緩慢調(diào)節(jié)；后者時(shí)間級(jí)相當(dāng)，這意味著要采用一種實(shí)時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)，使得控制信號(hào)以氣流信號(hào)的采樣速率更新。
[0004]主動(dòng)控制方法較被動(dòng)控制方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它可以根據(jù)流場(chǎng)的變化調(diào)節(jié)控制強(qiáng)度。因此，主動(dòng)控制方法具有更好的應(yīng)用前景。空腔流激振蕩在航空領(lǐng)域比較常見，它會(huì)產(chǎn)生巨大的噪聲，增大飛行器的飛行阻力，危害飛行器的結(jié)構(gòu)安全，影響投放物的出艙角度。如何消除或抑制空腔的流激振蕩，是一個(gè)亟待解決的難題。在各種主動(dòng)的空腔振蕩的抑制措施中，壓電激勵(lì)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、安裝方便、耗能少、對(duì)流體的控制效果好，因此，基于壓電雙晶片激勵(lì)器的主動(dòng)控制方法是抑制空腔流激振蕩的有效措施之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，用于空腔流激振蕩的主動(dòng)控制?？朔粍?dòng)流動(dòng)控制技術(shù)破壞飛行器的氣動(dòng)外形、增大阻力的缺點(diǎn)。該控制裝置利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，采用壓電雙晶片的板狀結(jié)構(gòu)，使用并聯(lián)加載方式作為驅(qū)動(dòng)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)器在高速氣流下對(duì)空腔流激振蕩的有效的主動(dòng)控制，減小了該裝置的安裝對(duì)飛行器結(jié)構(gòu)的影響。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，擾流裝置采用雙晶片板狀結(jié)構(gòu)，裝置由基片1、上壓電陶瓷片2、下壓電陶瓷片2’、電極引線組成。其中，上、下壓電陶瓷片2、2’由鋯鈦酸鉛制備而成，上、下壓電陶瓷片分別從基片I上、下表面靠近固定端的位置依次粘貼，上、下壓電陶瓷片對(duì)應(yīng)位置為一組；每個(gè)壓電陶瓷片的表面上鍍一層銀電極，六個(gè)上、下壓電陶瓷片2、2’分別引出的電極引線3通過(guò)基片I上的小孔及其下表面的槽走線，基片I引出的電極引線接地。
[0007]本發(fā)明的顯著效果是:設(shè)計(jì)發(fā)明的一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，實(shí)現(xiàn)了在高速氣流下對(duì)空腔流激振蕩的有效的主動(dòng)控制。它基于雙晶片結(jié)構(gòu)，利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，在基片I的上表面粘有六片壓電陶瓷片2，下表面粘有六片壓電陶瓷片2’。按相同極性粘貼，采用并聯(lián)加載方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每組壓電陶瓷片2和2’的作用相反，一片伸長(zhǎng)時(shí)，另一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題；分別對(duì)每組壓電陶瓷片2和2’施加不同的驅(qū)動(dòng)電壓，可對(duì)高速氣流實(shí)現(xiàn)多種的擾流方式，并且在安裝后避免了損壞飛行器的結(jié)構(gòu)、增加阻力等問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]附圖1為基于壓電雙晶片的擾流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2為基于壓電雙晶片的擾流裝置的俯視圖，附圖3為基于壓電雙晶片的擾流裝置的主剖視圖。圖中:1_基片，2-上壓電陶瓷片，2’ -下壓電陶瓷片，3-電極引線。
[0009]附圖4為基于壓電雙晶片的擾流裝置的加載方式。
【具體實(shí)施方式】
[0010]結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，基于壓電雙晶片采用板狀結(jié)構(gòu)，圖1為基于壓電雙晶片的擾流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括基片1、六片上壓電陶瓷片2、六片下壓電陶瓷片2’和電極引線3。上、下壓電陶瓷片(2、2’)由鋯鈦酸鉛制備而成，具體型號(hào)為PZT-5H。它基于雙晶片結(jié)構(gòu)，利用壓電陶瓷在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生形變的特點(diǎn)，在基片I的上表面靠近固定端1_的位置依次粘有六片壓電陶瓷片2，下表面靠近固定端Imm的位置依次粘有六片壓電陶瓷片2’，按相同極性粘貼，采用并聯(lián)加載方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每組壓電陶瓷片2和2’的作用相反，一片伸長(zhǎng)時(shí)，另一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生更大彎曲變形，解決了壓電單晶片結(jié)構(gòu)變形小、串聯(lián)加載方式效率低等問(wèn)題；分別對(duì)每組壓電陶瓷片2和2’施加不同的驅(qū)動(dòng)電壓，
[0011]在具體實(shí)施過(guò)程中，信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓放大器放大后，輸送到基于壓電雙晶片的擾流裝置對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，基片I作為壓電陶瓷片2和2’的一個(gè)電極，壓電陶瓷片2和2’的外表面各制作一層電極，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的一端與基片I相連，另一端與壓電陶瓷片2和2’電極相連。每組壓電陶瓷片2和2’內(nèi)形成的電場(chǎng)大小相等，方向相反。壓電陶瓷片2和2’按極性同向布置，在方向相反的電場(chǎng)作用下，一片伸長(zhǎng)，一片縮短，使整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲變形，產(chǎn)生與外界振動(dòng)相反的振動(dòng)，有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)空腔流激振蕩的主動(dòng)抑制，同時(shí)壓電陶瓷片2和2’的位移信號(hào)可經(jīng)過(guò)激光位移傳感器測(cè)量后輸送到示波器，電壓放大器的監(jiān)測(cè)電壓信號(hào)也輸送到示波器，通過(guò)示波器可以同時(shí)觀察驅(qū)動(dòng)電壓的監(jiān)測(cè)信號(hào)和位移信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行分析、處理和保存；對(duì)壓電陶瓷片2和2’上方三組施加電壓信號(hào)，下方三組施加相反的電壓信號(hào)，在不同電場(chǎng)作用下壓電陶瓷片2和2’可實(shí)現(xiàn)旋振；對(duì)壓電陶瓷片2和2’上方兩組施加電壓信號(hào)，下方兩組施加相反的電壓信號(hào)，中間兩組保持不變，可實(shí)現(xiàn)拱形的擾流方式；根據(jù)實(shí)際需求每組壓電陶瓷片2和2’單獨(dú)加載電壓信號(hào)，可對(duì)高速氣流產(chǎn)生多種擾流方式。
[0012]根據(jù)實(shí)際需求每組壓電陶瓷片可單獨(dú)加載電壓信號(hào)，對(duì)高速氣流可產(chǎn)生多種擾流方式。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、安裝方便、耗能少、可以對(duì)流體施加有效的擾動(dòng)，達(dá)到良好的控制效果，是流體主動(dòng)控制領(lǐng)域比較前沿的技術(shù)，應(yīng)用潛力大。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電雙晶片的擾流裝置，其特征在于，擾流裝置采用雙晶片板狀結(jié)構(gòu)，裝置由基片(I)、上壓電陶瓷片(2)、下壓電陶瓷片(2’)、電極引線組成；其中，上、下壓電陶瓷片(2、2’)各六個(gè)，由鋯鈦酸鉛制備而成，上、下壓電陶瓷片(2、2’)分別從基片(I)上、下表面靠近固定端的位置依次粘貼；上、下壓電陶瓷片對(duì)應(yīng)位置為一組，采用并聯(lián)加載方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每組上、下壓電陶瓷片(2、2’)的作用相反，在每個(gè)壓電陶瓷片表面上鍍一層銀電極，六個(gè)上、下壓電陶瓷片(2、2’)分別引出的電極引線(3)通過(guò)基片(I)上的小孔及其下表面的槽走線，由基片⑴引出的電極引線接地。
【文檔編號(hào)】B64C23/00GK103482060SQ201310393123
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月1日
【發(fā)明者】劉巍, 賈振元, 畢曉丹, 姜尓東 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)