[发明专利]一种用于边界层控制的自适应表面及其工作方法有效

专利信息
申请号: 201910216100.0 申请日: 2019-03-21
公开(公告)号: CN109977525B 公开(公告)日: 2021-03-16
发明(设计)人: 贾坤;杨航;王铁军 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: G06F30/15 分类号: G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
代理公司: 西安智大知识产权代理事务所 61215 代理人: 何会侠
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 边界层 控制 自适应 表面 及其 工作 方法
【权利要求书】:

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)和信号激励单元(204)三者的通道的数量。

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.根据权利要求3所述的一种用于边界层控制的自适应表面,其特征在于:所述的信号激励单元(204)由FPGA,晶振、电源管理电路、复位电路、滤波电路及整流电路构成;所述晶振、电源管理电路、复位电路、滤波电路及整流电路分别与FPGA相连;

所述的信号激励单元(204)的一个通道由FPGA两个IO口组成,其中一个IO口输出相位延时可调的方波信号,经由滤波电路调制成正弦信号,输入功率放大单元(203)中相应通道的信号输入端,相位延时与交互单元(205)发送的相位参数一致;另一IO口输出占空比可调的方波信号,并通过整流电路调制成为直流信号,输入功率放大单元(203)中相应通道的参考电压端,该方波信号占空比与交互单元(205)发送的幅值参数对应。

5.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(2)安装于支撑结构体(3)内部空腔;由液态的高分子基体(101)及球状散射体(102)组成的混合溶液先置于65℃的真空保温箱中保持15分钟,然后灌注在支撑结构体(3)上表面及四周壁面构成的腔体内;随后置于65℃的真空保温箱中保持2小时原位固化。

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