高能压电合成射流激励器的实验研究

为有效控制飞行器边界层的流动分离和增强掺混,提出了一种全新的流动控制技术. 采用微细加工技术成功地制作了压电合成射流激励器,并对其流场特性进行了测试,得到了激励器的流向和展向射流速度分布规律以及流向速度与频率之间的关系. 结合理论分析和数值模拟,验证了实验结果的合理性,对合成射流激励器的优化设计提供了重要参考. 从流向速度与频率关系曲线中,获得了Helmholtz频率(f_H=425 Hz)及压电薄膜的固有频率(f_M=850 Hz). 流向速度分布曲线表明,中心线速度最大值出现在喷口下游.      

数字调频激励器中的信号合成方法

提出了数字调频激励器的总体框架,研究了立体声信号合成和频率调制的数字实现方案. 结合理论分析和算法的仿真,完成基于FPGA+DDS结构的硬件平台设计. 使用调制分析仪和立体声解码器,分析解调后信号的性能指标. 测试结果表明,与传统的模拟实现方案相比,数字调频激励器中的信号合成方法结构简单,误差小,各项指标可以满足同步广播系统频率、相位和调制度相同的要求.     

不同孔口构型合成射流激励器的低速翼型分离控制特性

为探索孔口构型对合成射流激励器流动控制效果的影响,采用数值方法研究了4种不同孔口构型的合成射流激励器对大攻角20。下NACA0015翼型分离流动的控制特性。通过对翼型气动力特性、脱落旋涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析,阐述了合成射流的边界层分离控制机理。首先在距离翼型前缘10％、20％、30％弦长位置安装激励器进行数值模拟,得到20％弦长的激励器方案效果最好。然后在此位置处,采用设计出的“凸台型、凹台型、斜出口”以及常规平台型等4种孔口构型的激励器进行流动分离控制。结果表明,在所有方案中,流动控制效果最佳的方案是喷口向流动方向倾斜的孔口构型;在这种方案下,射流与主流掺混使得边界层的动能增大,抗反压能力增强,并且由于喷出的气流方向与主流方向夹角很小,掺混后的气流流动方向与主流相近,从而使得边界层分离被大大削弱甚至消失。     

等离子体合成射流激励器的流场特性分析

等离子体合成射流作为一种新型的主动流动控制技术,是针对传统合成射流激励强度差而设计的。利用Fluent 6.3软件,采用结构化网格,对等离子体合成射流激励器流场进行了二维非定常数值模拟,研究单次放电激励器流场的演化规律,并且比较了不同放电时间尺度对激励器出口速度的影响。研究表明:等离子体合成射流激励器能够产生高速射流,最大速度达到439 m／s,大大增加了流场湍流度;激励器放电时间越长,出口峰值速度越大。计算结果表明等离子合成射流激励器能够应用于高速流动控制。     

合成射流数值模拟方法对比

为了得到最佳的合成射流模型用于合成射流主动流动控制的数值模拟研究,通过求解二维非定常RANS方程,在网格和边界条件等一致的情况下,对比研究了出口速度模型、单连通域模型和动边界模型等3种合成射流模拟方法的优缺点和适用范围,并与实验结果进行对比分析.结果表明:3种模型对射流的速度都有较好的捕捉能力,在考虑激励器振动膜运动的空间分布与时间分布因素的基础上,动边界模型包含对激励器腔体体积变化率建模,对合成射流漩涡空间分布和强度分布有准确的捕捉能力,是数值模拟应用的理想模型.     

仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的性能参数分析

针对仿昆扑翼微飞行器中压电驱动器的使用要求,采用复合材料的层合板理论和将能量法与实验法相结合的方法,推导了压电驱动器的静态位移、阻力、等效质量、刚度和阻尼系数的计算公式,得到压电驱动器的二阶集总参数模型.驱动器位移测试结果表明,利用推导公式计算所得位移的理论值比实测值小.同时,利用传递函数绘制的伯德图所得压电驱动器共振频率为2.540kHz,与理论公式计算结果的误差仅为0.5%,从而验证了所建立计算模型的正确性.     

通风孔对压电麦克风低频响应的影响研究

根据压电麦克风的工作原理建立压电传感器的集总元件等效声电模型,分析通风孔结构对压电麦克风灵敏度的影响。通过有限元建模,研究通风孔的几何尺寸对压电麦克风低频输出的影响。通风孔位于硅基的位置不影响麦克风的低频输出。通风孔的横截面积一定时,长度越长,低频响应越快。通风孔的长度一定时,横截面积越小,低频响应越好。如果要达到相同的低频位移输出,通风孔的横截面积比为2倍时,长度比应为4倍。     

可压缩气体合成射流微喷优化设计

借助Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型和PISO算法,采用动网格方法构造动边界条件,在可压缩模型下,对二维、黏性、非定常气体合成射流微喷的频率特性及影响射流性能的3个关键因素(驱动频率、振动膜峰值速度和喷口尺寸)进行数值模拟,为合成射流微喷的优化设计提供了依据.结果表明,在可压缩模型下,合成射流微喷的频率特性仿真结果与理论计算结果较吻合,验证了其在可压缩气体模型下仿真的必要性;同时,对任一给定的合成射流微喷,驱动频率和喷口宽度存在最优值.     

等离子体合成射流的能效特性实验研究

针对两电极火花放电等离子体合成射流发生器,提出以发生器出口射流动能与所耗电能之比的无量纲参数——能效因子η,用以表征合成射流发生器的能效特性;分别采用皮托管测量射流出口流速,采用功率计测量合成射流发生器耗用的电能。经过实验考察加载电参数、电极间距对射流发生器功率与射流速度的影响,从而得出能效因子η的变化规律。研究成果可为火花放电等离子体合成射流的应用提供参考。     

合成射流激励频率对车辆气动阻力的影响

利用大涡模拟方法,研究了激励频率对三维地面车辆气动阻力的影响规律及其控制机理.流动分析结果表明:合成射流布置在车辆顶部和斜背交界处,在不同激励频率下实现车辆减阻,当频率低于90 Hz时,增大频率,阻力增大;频率高于90 Hz,随着频率的增大,阻力减小;频率达到1 500Hz时,阻力不再减小.斜背附着距离和雷诺应力分布的差异解释了气动力随不同激励频率变化的原因.不同激励频率下的频谱分析表明:合成射流控制了斜背动态附着现象,导致速度、压力和阻力系数频谱峰值皆对应激励频率.     

可压缩气体合成喷射流数值模拟

为了更深入地研究合成喷射流性能与激励器结构参数的关系,在考虑气体可压缩性质的条件下,对合成喷射流进行了理论分析,得出了合成喷射流性能与激励器结构参数的函数关系式,并采用动边界条件模拟实际压电膜的振动,对合成喷外部射流场和激励器腔体内部射流场进行了联合数值模拟.计算结果与已有的实验结果及理论分析结果吻合较好,验证了该数值模拟方法的可行性.     

合成射流用于提高微型飞行器翼型气动特性的研究

合成射流激励器可微型化,能够在流场局部实施细致的流动控制.提出将合成射流技术用于NACA0012翼型绕流的主动流动控制,在SIAMM400低速低湍流风洞中对该翼型绕流流场进行烟线显示实验、PIV测量实验及翼型表面压力测量实验,并与数值模拟结果相比较.结果表明：（1） 在来流雷诺数为18 000,翼型攻角小于15°时,合成射流能有效减小翼型表面附近的分离区大小;（2） 在翼型攻角 0°~ 15°范围内,不同攻角下需要调节最佳射流激励频率.如攻角为2.5°时,合适的激励器频率为1 300 Hz;攻角5°时,400 Hz和1 300 Hz比较适合;而攻角大于等于7.5°时,共振频率960 Hz更为合适;（3） 在来流雷诺数为140 000,攻角小于等于15°时,合成射流减小了翼型上表面射流出口附近的压力值,从而使上下表面压力差增大约5%,提高了升力.     

Micromechanics-BEM Analysis for Piezoelectric Composites

The effective material properties of piezoelectric composites are predicted using micromechanics models of the composite structure combined with a boundary element method (BEM) solution of the governing equation. The composites consist of inclusion and matrix phases. The micromechanics method gives formulae for the overall material constants as functions of the concentration matrix, while the boundary element simulation gives numerical solutions of the boundary displacement and electric potential equations for inclusion or hole problems. Numerical results for a piezoelectric plate with circular inclusions are presented to illustrate applications of the proposed micromechanics-BEM formulation.