[發明專利]一種撲翼式合成射流激勵器

有效

• 申請號: 201811167495.1
• 申請日: 2018-10-08
• 公開（公告）號: CN109292084B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 江濤;崔龍;王宏偉;田申;白寧;張峰;許偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B64C33/02
• 分類號: B64C33/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明屬于流體機械領域，具體地說是一種撲翼式合成射流激勵器，兩對翼面安裝在柔性旋轉關節內，柔性旋轉關節固連在翼根上；電機通過傳動機構驅動連桿A推動翼根上、下往復運動，從而使上、下翼面產生大小相等，方向相反的撲動。在慣性、材料彈性、流體粘性共同作用下，翼面繞自身前緣產生旋轉；通過拍合在翼面尾緣產生射流，在翼面旋轉運動反轉時，從翼面前緣吸入流體，從而實現合成射流。本發明使用被動柔性旋轉關節實現翼面二自由度運動，不僅通過合成射流的方式產生推力，還能通過翼面二自由度運動生成的動態渦產生升力，是一種具有新型結構形式的合成射流激勵器，并能產生二維驅動力，提供了流體控制的靈活性。

技術領域

本發明屬于流體機械領域，具體地說是一種撲翼式合成射流激勵器。

背景技術

合成射流技術是一種全新的流動控制技術，它通過控制漩渦結構的融合，可以有效地提升推力和推進效率。合成射流技術不需要流體供應和管道輸送系統，因此結構非常簡單。傳統的合成射流激勵器主要由激勵器腔體和振動部件兩部分組成，在電/磁/機械激勵下，振動膜片發生振動，在吹程壓縮腔內空氣形成噴流，在吸程從孔隙從周圍補充流體。其具體的結構形式主要有壓電膜振動式，如于2018年6月2日公開的、公開號為CN108194461A的“一種利用壓電振動薄膜和三電極等離子體組合式合成射流激勵器”，于2006年8月16日公開的、公開號為CN1818399A的“單膜雙腔雙口合成射流激勵器”；活塞振動式，如于2015年7月22日公開的、公開號為CN104791218A的“一種帶輔助進氣槽的活塞式合成射流激勵器”。這些傳統的合成射流激勵器均用于改變局部流場，從而影響氣動力和力矩。但這些傳統的合成射流激勵器，由于其腔體的孔隙位置固定，只能產生一維的氣動力。此外，由于其腔體相對密閉，在實現高速射流時，導致吸氣過程的腔體和環境的壓比很小，導致吸氣變得困難。

撲翼飛行器是模仿鳥類、昆蟲的飛行方式，以撲動翼面的方式產生氣渦，并以此作為氣動力的來源。撲翼飛行器產生的氣動力為非定常氣動力，其氣動力的生成機制為“動態渦延遲失速”、“旋轉環流”、“尾跡捕獲”等。撲翼飛行器按照翼面的布局方式，有單層翼(single?wing)、雙層翼(biplane?wings)、串聯翼(tandem?wings)。目前研究較多的是單層翼、雙層翼的撲翼飛行器。單層撲翼飛行器在翅膀撲動過程中，氣渦依次經歷翼根渦、前緣渦、翼尖渦等形態，最后在翅膀尾緣以尾跡的形式脫落。在此之后，可以通過改變翅膀的運動形式，重新捕獲尾跡，進一步增加升力；如于2018年5月8日公開的、公開號為CN108001680A的“一種多層微型仿生撲翼飛行器”中，利用clap—and—fling氣動機制，為單層撲翼設計了一種驅動機構，以產生翅膀旋轉的方式，將從尾緣脫落尾跡重新卷入以達到提高升力的效果。但是單層撲翼的一個特點是，它的渦的形式始終是以尾跡(而非射流)的形式脫落，無法形成“合成射流”氣動效應。對于雙層撲翼飛行器，荷蘭Delft大學設計了一系列不同尺寸的樣機，其中以DelflyII的工程完成度最高(de?Croon,Remes,Ruijsink,De?Wagter,2016)。這些樣機均有兩對翅膀，呈“X”型布局，上下翅膀反向撲動，依靠翅膀的柔性變形在翅膀拍合處向翅膀尾緣產生射流；在翅膀撲動反轉時，依靠翅膀的柔性變形從翅膀前緣吸入空氣。雙層撲翼飛行器的這種翼型布局、翅膀柔性、運動方式，正好構成了“合成射流”的基本技術要素。但Delfly系列雙層撲翼飛行器的每個翅膀只有一個運動自由度(撲動)，目前只能依靠翅膀的柔性模擬少量的翅膀旋轉運動；這導致射流的流量比較小，從而限制了推力的進一步提高。

發明內容

針對傳統的合成射流激勵器(壓電膜振動式、活塞振動式)存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種能產生二維力的撲翼式合成射流激勵器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：