壓電—活塞式合成射流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、合成射流技術(shù)作為一種新的流場(chǎng)主動(dòng)控制技術(shù)，在航空航天領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景，因此在研究領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。它通過各種驅(qū)動(dòng)方式引起驅(qū)動(dòng)器腔體內(nèi)體積周期性變化，在出口外部形成周期性的流體噴射。而壓電式合成射流驅(qū)動(dòng)器則是用壓電片附著在振動(dòng)膜片上產(chǎn)生這種周期性激勵(lì)。這種驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、驅(qū)動(dòng)電信號(hào)易于產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，因此成為合成射流技術(shù)的重點(diǎn)研究方向。
　　本文將普通的平板式壓電合成射流驅(qū)動(dòng)器振動(dòng)膜振動(dòng)形式改進(jìn)成能夠像活塞一樣垂直上下

2、運(yùn)動(dòng)的方式，設(shè)計(jì)出一種全新的壓電-活塞式合成射流驅(qū)動(dòng)器。首先基于RSM模型，將傳統(tǒng)的單隔膜平板型驅(qū)動(dòng)器與新設(shè)計(jì)的壓電-活塞式驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行模型仿真比較，從CFD仿真的角度證實(shí)了新驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性;對(duì)于可能影響新型驅(qū)動(dòng)器射流強(qiáng)度的各參數(shù)做了對(duì)比分析;通過分析驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)腔體內(nèi)部氣流的流動(dòng)方式，比較合成射流驅(qū)動(dòng)器在不同頻率區(qū)域內(nèi)的工作特性，并發(fā)現(xiàn)了:驅(qū)動(dòng)器在高頻情況下，一周期內(nèi)峰值速度出現(xiàn)的時(shí)刻存在相位延時(shí)這一現(xiàn)象。通過對(duì)幾個(gè)典型的頻率點(diǎn)

3、、驅(qū)動(dòng)器出口附近一周期內(nèi)流體矢量圖的比較分析，得出合成射流驅(qū)動(dòng)器頻響曲線上的各峰值點(diǎn)出現(xiàn)的原因。根據(jù)提出的新型壓電式合成射流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方法，制作了不同尺寸參數(shù)的驅(qū)動(dòng)器試件，并搭建了熱線測(cè)速平臺(tái)，從物理實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了新型的壓電-活塞式合成射流驅(qū)動(dòng)器相比較于傳統(tǒng)的單隔膜平板型驅(qū)動(dòng)器的確能夠極大地提高合成射流的出流速度。確定了在驅(qū)動(dòng)器的頻響曲線上通常會(huì)出現(xiàn)低頻、高頻兩個(gè)速度峰值點(diǎn);低頻速度峰值點(diǎn)的出現(xiàn)主要由于振動(dòng)膜本身的特性;而高頻速度峰值點(diǎn)

4、的漂移更多地受到驅(qū)動(dòng)器尺寸的影響。此外，本文介紹了電聲類比的概念、電聲參數(shù)類比的方法以及聲學(xué)系統(tǒng)等效電路如何建立。并將這種類比方法應(yīng)用到壓電式合成射流驅(qū)動(dòng)器的建模中去，通過建立單隔膜平板型驅(qū)動(dòng)器、雙振動(dòng)膜驅(qū)動(dòng)器、壓電-活塞式驅(qū)動(dòng)器的等效電路，求解得到各個(gè)驅(qū)動(dòng)器在多個(gè)激勵(lì)參數(shù)下的等效射流速度的顯式表達(dá)式。并對(duì)雙振動(dòng)膜驅(qū)動(dòng)器的電聲類比模型進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)于采集到的熱線信號(hào)，應(yīng)用Hilbert-Huang變換進(jìn)行信號(hào)處理，將HHT變換應(yīng)