一种合成射流激励器以及水平轴风力机叶片制造技术

本发明专利技术提供一种利用压电薄膜反复振荡进行周期性吹吸气，将消耗的电能转化为流体动能的合成射流激励器，包括：腔体具有下开口和上开口，下开口的截面面积大于上开口的截面面积；长条形压电薄膜，匹配覆盖在下开口上；长条形压电驱动器，设置在压电薄膜的下方；以及放气通道，与上开口匹配连接；其中，长条形压电驱动器在矩形脉冲信号驱动下发生逆压电效应，驱动压电薄膜产生周期性的上下振动，引起腔体中的空气随之振动，进而在放气通道中产生周期性吹吸气效应。本发明专利技术还提供一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片，能够实现流动控制，从而减小风力机尾涡强度，加快尾涡耗散，减小风力机叶片振动，提升风力机寿命。

A synthetic jet actuator and a horizontal axis wind turbine blade

The invention provides a method of using piezoelectric film repeated oscillation periodic blowing and suction, the consumption of electricity including into synthetic jet actuators, the kinetic energy of the fluid cavity has an opening and opening: next, open the section area is larger than the cross-sectional area of an elongated; piezoelectric film, covering the lower opening strip; piezoelectric actuator, arranged below the piezoelectric film; and the gas channel, and the upper opening, the connecting strip; piezoelectric actuator in signal driving under the inverse piezoelectric effect of rectangular pulse driven piezoelectric thin film produce periodic fluctuation vibration caused by cavity in the air behind it vibration and periodic blow suction effect in the gas channel. The invention also provides a horizontal axis wind turbine blade with a synthetic jet actuator, which can realize flow control, thereby reducing the strength of the wind turbine tail vortex, accelerating the vortex dissipation, reducing the vibration of the wind turbine blades, and improving the life of the wind turbine.

【技术实现步骤摘要】
一种合成射流激励器以及水平轴风力机叶片
本专利技术涉及空气动力学领域，具体涉及一种合成射流激励器以及具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片。
技术介绍
随着空气动力学的发展与相关技术的突破，流动控制技术随之发展迅猛。流动控制技术是利用特殊结构或特殊装置来达到控制局部流场或全局流场的一种技术，常见于各种流体机械。主动流动控制技术(activeflowcontrol,AFC)由于局部能量输入从而获得局部或全局流场结构极大的改善，可有效地减小因流动分离而产生的气动损失。因此，AFC技术成为研究热点之一。但是，现有技术中的吹吸气流动控制方案还存在不足之处：需要附加气源、管路和控制阀门，因而造成增加较多的额外重量以及由于结构复杂引起的系统可靠性下降。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种利用压电薄膜反复振荡进行周期性吹吸气，将消耗的电能转化为流体动能的合成射流激励器，其特征在于，包括：腔体具有下开口和上开口，下开口的截面面积大于上开口的截面面积；长条形压电薄膜，匹配覆盖在下开口上；长条形压电驱动器，设置在压电薄膜的下方；以及放气通道，与上开口匹配连接；其中，长条形压电驱动器在矩形脉冲信号驱动下发生逆压电效应，驱动压电薄膜产生周期性的上下振动，引起腔体中的空气随之振动，进而在放气通道中产生周期性吹吸气效应。在本专利技术提供的一种合成射流激励器中，还可以具有这样的特征：其中，长条形压电薄膜为柔性聚酰亚胺薄膜。在本专利技术提供的一种合成射流激励器中，还可以具有这样的特征：其中，长条形压电驱动器为压电陶瓷片。在本专利技术提供的一种合成射流激励器中，还可以具有这样的特征：还包括控制器，与长条形压电驱动器电性连接，向长条形压电驱动器输入矩形脉冲信号。在本专利技术提供的一种合成射流激励器中，还可以具有这样的特征：其中，矩形脉冲信号的频率范围为10Hz～5kHz。本专利技术还提供的一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片，其特征在于，包括：叶片；以及合成射流激励器，设置在叶片中，其中，合成射流激励器为权利要求1～4中任意一项的合成射流激励器。在本专利技术提供的一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片中，还可以具有这样的特征：其中，合成射流激励器沿叶片的展向方向设置，且位于叶片的叶中与叶尖之间从叶片的弦向方向看，合成射流激励器设置在叶片的尾缘。在本专利技术提供的一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片中，还可以具有这样的特征：其中，叶片的尾缘处设置有一组射流斜出口，与合成射流激励器中的放气通道相匹配连接，形成射流通道。在本专利技术提供的一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片中，还可以具有这样的特征：其中，射流通道的中心线与叶片的弦向的夹角为15°～90°。在本专利技术提供的一种具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片中，还可以具有这样的特征：其中，风力机设置有风速传感器，与合成射流激励器中的控制器电性连接，控制器接受风速传感器的信号，控制矩形脉冲信号的频率。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的一种合成射流激励器因为利用压电薄膜反复振荡进行周期性吹吸气，将消耗的电能转化为流体动能，所以该合成射流激励器无需气源，而且结构简单，尺寸较小且射流吹气系数较大，因而具有重量轻、流动控制效率较高以及控制灵活可靠的特点。另外，具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片，可实现流动控制，从而减小风力机尾涡强度，加快尾涡耗散，减小风力机叶片振动，提升风力机寿命，由离心力作用，射流也将减小叶尖损失。在风电机组中的应用，可使水平轴风力机尾迹对下游风力机的气动影响降低，从而提升整个风电机组的效率。附图说明图1是本专利技术的实施例中的合成射流激励器的结构示意图；图2是本专利技术的实施例中的水平轴风力机叶片的结构示意图；图3是本专利技术的实施例中的水平轴风力机叶片的射流段叶片的结构示意图；图4是本专利技术的实施例中的射流段叶片的翼型示意图；以及图5是本专利技术的实施例中的合成射流激励器的安装示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下通过实施例并结合附图对本专利技术的合成射流激励器以及具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片作具体阐述。图1是本专利技术的实施例中的合成射流激励器的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，合成射流激励器100包括腔体101，具有下开,103和上开口102，下开口103的截面面积大于上开口102的截面面积；长条形压电薄膜104匹配覆盖在下开口103上，在本实施例中长条形压电薄膜为柔性聚酰亚胺薄膜；长条形压电驱动器105设置在长条形压压电薄膜104的下方，在本实施例中长条形压电驱动器为压电陶瓷片；以及放气通道106，与上开口102匹配连接。在本实施例中还包括控制器(图未示)，与长条形压电驱动器105电性连接，向长条形压电驱动器105输入矩形脉冲信号，矩形脉冲信号的频率范围为10Hz～5kHz，本实施例中矩形脉冲信号的频率为263Hz。长条形压电驱动器105在矩形脉冲信号驱动下发生逆压电效应，驱动长条形压电薄膜104产生周期性的上下振动，将输入的电能转化为长条形压电薄膜104振动的动能，长条形压电薄膜104的动能将转化为腔体101内的空气动能，从而在放气通道106中产生周期性吹吸气效应。图2是本专利技术的实施例中的水平轴风力机叶片的结构示意图。如图2所示，具备合成射流激励器的水平轴风力机叶片200包括叶片201以及设置在叶片201中的合成射流激励器100。如图2所示，合成射流激励器100沿叶片201的展向方向设置，且位于叶片201的叶中203与叶尖202之间。叶片201的长度为50～80m；Ljet为射流段长度,长度范围为叶片201的长度的10％～40％；Sl为射流展向位置参数，是距轮毂208最近的射流孔位置(图未示)与轮毂208中心之间的距离大小，其距离范围为叶片201长度的50％～90％。在本实施例中Ljet为叶片201的长度的30％；Sl为叶片201长度的60％。图3是本专利技术的实施例中的水平轴风力机叶片的射流段叶片的结构示意图。如图3所示，合成射流激励器100设置在叶片201的尾缘附近，叶片201的尾缘处设置有一排很多个的射流斜出口206。图4是本专利技术的实施例中的射流段叶片的翼型示意图。如图4所示，从叶片201的弦向方向看，Sjet为射流弦向位置参数，是合成射流激励器100腔体101重心与叶片201前缘的距离大小，其距离范围为叶片201的弦长的50％～90％。在本实施例中，Sjet为叶片201的弦长的80％，叶片201的厚度为叶片201的弦长的21％。图中c为叶片201的弦长。图5是本专利技术的实施例中2的合成射流激励器的安装示意图；如图5所示，合成射流激励器100设置在叶片201的表面205的下面，合成射流激励器100中的放气通道106与多个射流斜出口206匹连接，形成射流通道207。射流通道207就类似于渐缩喷管，上开口102的出口面积大于射流斜出口206的出口面积，因此具有喷管效应。δ为射流通道207的中心线与叶片201的弦向的夹角，其夹角范围为15°～90°；Hjet为合成射流激励器100中腔体101的高度，其高度范围为叶片201的弦长的1％～5％；SH为合成射流激励器100中腔体101的高度位置参数，是直接影响斜出口长度的重要参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成射流激励器，利用压电薄膜反复振荡进行周期性吹吸气，将消耗的电能转化为流体动能，其特征在于，包括：腔体，具有下开口和上开口，所述下开口的截面面积大于所述上开口的截面面积；长条形压电薄膜，匹配覆盖在所述下开口上；长条形压电驱动器，设置在所述压电薄膜的下方；以及放气通道，与所述上开口匹配连接；其中，所述长条形压电驱动器在矩形脉冲信号驱动下发生逆压电效应，从而驱动所述压电薄膜产生周期性的上下振动，引起所述腔体中的空气随之振动，进而在所述放气通道中产生周期性吹吸气效应。

【技术特征摘要】
1.一种合成射流激励器，利用压电薄膜反复振荡进行周期性吹吸气，将消耗的电能转化为流体动能，其特征在于，包括：腔体，具有下开口和上开口，所述下开口的截面面积大于所述上开口的截面面积；长条形压电薄膜，匹配覆盖在所述下开口上；长条形压电驱动器，设置在所述压电薄膜的下方；以及放气通道，与所述上开口匹配连接；其中，所述长条形压电驱动器在矩形脉冲信号驱动下发生逆压电效应，从而驱动所述压电薄膜产生周期性的上下振动，引起所述腔体中的空气随之振动，进而在所述放气通道中产生周期性吹吸气效应。2.根据权利要求1所述的合成射流激励器，其特征在于，其中，所述长条形压电薄膜为柔性聚酰亚胺薄膜。3.根据权利要求1所述的合成射流激励器，其特征在于，其中，所述长条形压电驱动器为压电陶瓷片。4.根据权利要求1所述的合成射流激励器，其特征在于，还包括：控制器，与所述长条形压电驱动器电性连接，用于向所述长条形压电驱动器输入所述矩形脉冲信号。5.根据权利要求1所述的合成射流激励器，其特征在于，其中，所述矩形脉冲信号的频率范围为10Hz～5kHz。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李春，朱海天，郝文星，刘宇航，王渊博，吴柏慧，向斌，韩志伟，闫阳天，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31