一种用于边界层控制的自适应表面及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于边界层控制的自适应表面及其工作方法，该自适应表面包括柔性可变形表面、变形控制装置、支撑结构体；柔性可变形表面由含有均匀分散球形散射体的高分子基体原位成型于支撑结构体构成；变形控制装置包括由压电式麦克风组成的超声相控阵、驱动单元、功率放大单元和阻抗匹配单元；支撑结构体为柔性可变形表面和变形控制装置提供安装平台，其背部带有固定装置，方便同目标对象与空气相接触的表面相连接；本发明专利技术为空气与固体壁面接触时形成边界层的控制提供了高柔性、高精确度的实施方式，结构简单，使用方便，可实现气动外形的智能调控、喷射系统效能优化。

An Adaptive Surface for Boundary Layer Control and Its Working Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于边界层控制的自适应表面及其工作方法
本专利技术属于流场控制
，具体涉及一种用于边界层控制的自适应表面及其工作方法。
技术介绍
气流在大雷诺数下流经壁面时，在壁面附近形成粘滞力不可忽略的边界层。在该流动薄层内，紧贴壁面的流体粘附在物面上，流体在远离壁面方向上速度逐渐增加，直到与自由流速相等。工程上可采用控制边界层的方法，使整个流动朝特定方向发展，从而调节作用于流场中物体上的阻力。边界层控制问题在诸多工程应用内引起了人们的广泛关注。例如涡轮泵，压气机、螺旋桨等的浆叶上的气流分离使机械效率降低，并会腐蚀壁面。另外，在赛车、航空领域，为了减小阻力并获得较高的下压力(保持汽车紧贴路面)或升力(飞行器起飞或飞行中)，工程师们采用具有光滑的细长流线形物面设计或层流翼剖面的方法维持层流边界层。总的来讲，当前控制边界层的方法主要有两种思路。一类是根据流体流过曲面时速度和压力的变化与曲面形状有关这一特性，改变壁面的形状，从而控制壁面上的压强梯度，尽量缩小脱离区。在CFD计算的帮助下，近年来壁面构型设计与优化取得了长足进步，但构型一旦加工完成，其形状难以根据来流速度进行调整，即其性能只能在某本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于边界层控制的自适应表面，其特征在于：包括柔性可变形表面(1)、变形控制装置(2)和支撑结构体(3)；所述柔性可变形表面(1)直接通过原位成型法浇筑于变形控制装置(2)上部；所述支撑结构体(3)采用轻质中空结构，为柔性可变形表面(1)和变形控制装置(2)提供安装平台，其背部带有固定装置，方便同目标对象与空气相接触的表面相连接，从而控制目标对象产生的边界层；所述柔性可变形表面(1)包括高分子基体(101)和均匀分散于柔性的高分子基体(101)中的球状散射体(102)；所述变形控制装置(2)包括依次相连的超声相控阵(201)、阻抗匹配单元(202)、功率放大单元(203)、信号激励单元(...

【技术特征摘要】
1.一种用于边界层控制的自适应表面，其特征在于：包括柔性可变形表面(1)、变形控制装置(2)和支撑结构体(3)；所述柔性可变形表面(1)直接通过原位成型法浇筑于变形控制装置(2)上部；所述支撑结构体(3)采用轻质中空结构，为柔性可变形表面(1)和变形控制装置(2)提供安装平台，其背部带有固定装置，方便同目标对象与空气相接触的表面相连接，从而控制目标对象产生的边界层；所述柔性可变形表面(1)包括高分子基体(101)和均匀分散于柔性的高分子基体(101)中的球状散射体(102)；所述变形控制装置(2)包括依次相连的超声相控阵(201)、阻抗匹配单元(202)、功率放大单元(203)、信号激励单元(204)和交互单元(205)；超声相控阵(201)由多个压电超声换能器单元组成，压电超声换能器单元数量决定了阻抗匹配单元(202)、功率放大单元(203)、信号激励单元(204)中通道的数量。2.根据权利要求1所述的一种用于边界层控制的自适应表面，其特征在于：所述的高分子基体(101)作为自适应表面最终产生形变的结构，由聚二甲基硅氧烷固化制成，通过调节主剂与硬化剂的比例控制其模量为100～120kPa，保证其变形能力；所述的球状散射体(102)为50～100μm金刚石颗粒，通过化学改性使其表面富含羧基，从而均匀分散在高分子基体(101)固化前的液体中。3.根据权利要求1所述的一种用于边界层控制的自适应表面，其特征在于：所述超声相控阵(201)是由m行n列的圆柱体压电超声换能器单元组成的矩形阵列，各压电超声换能器工作频率为40kHz，外径16mm，高度8mm，各单元之间的间隔5mm；超声相控阵(201)的几何尺寸与支撑结构体(3)的内部尺寸相同；工作时各压电超声换能器单元输出具有系统设定幅值和相位参数的超声信号，在目标位置合成声场；所述的阻抗匹配单元(202)共有m×n个通道，每个通道实时采样电路中的电流和电压，并分析负载的阻抗特性，从而对阻抗匹配网络进行调整，保证作为负载的压电超声换能器单元处于最优工作状态；所述的功率放大单元(203)共有m×n个通道，每个通道将信号激励单元(204)中对应通道输出的信号进行放大，并输出给阻抗匹配单元(202)中的对应通道；功率放大单元(203)中每个通道的放大倍数都能够通过参考电压独立调节；所述的信号激励单元(204)共有m×n个通道，每个通道根据交互单元(205)发送幅值和相位参数，输出规定相位的正弦电信号给功率放大单元(203)中相应通道的信号输入端，同时输出与幅值成正比的模拟电压信号给功率放大单元(203)中相应通道的参考电压端；所述的交互单元(205)由触屏及外围电路构成，用于设置空气流速、所需自适应表面构型以及该构型对应的系统幅值和相位参数。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾坤，杨航，王铁军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61