本研究以飞行器翼面流场主动控制为研究对象,探索采用热电式合成射流压电微驱动器实现对翼面流场边界层及其分离等的主动控制,提高飞升系数和升阻比。研究中重点探索利用压电-金属复合材料结构提高合成射流驱动器的驱动能力和流场主动控制的效能。同时,利用热电材料的热电效应为系统提供电力,实现压电微驱动器的电源自给与系统集成问题。最后利用先进时频域信号处理技术Hilbert-Huang Transform (HHT变换)方法分析流场测试数据,分析流场特性。本研究可为流场主动控制技术和智能结构领域的研究提供必要的理论和实验依据,对提高未来高速飞行器性能,机动性以及提高我国SJA的研究水平,加速SJA实用的步伐等具有重要意义。
合成射流是一种极具潜力的新型流场主动控制方法。为提高合成射流驱动器(SJA)的驱动控制能力,促进SJA研究及发展,本项目以飞行器翼面流场主动控制为背景,对热电式压电合成射流驱动器展开深入研究。首次提出了多种形式的Cymbal型金属-压电复合结构隔膜,以提高SJA驱动控制能力;基于余热利用,首次采用热电材料热电效应实现SJA的能量自给和系统集成;首次采用新型时频域信号处理技术HHT变换,分析合成射流流场测试数据,研究流场特性。研究中,通过CFD分析和试验测试,对合成射流机理、SJA结构及流场控制特性进行研究,为SJA设计及边界层控制提供依据。采用FEM分析和试验,对多种Cymbal型压电金属复合结构隔膜的动态变形特性进行研究。以变形驱动能力最大为目标,提出了驱动隔膜优化设计基本准则。基于Bi-Te基热电单元串并联的方式实现了热电发电器;开发出基于DSP、SPWM和SHE-PWM技术的SJA驱动控制系统,实现热电发电器与SJA的集成与小型化;采用HHT变换有效地获取了射流流场时频特性,分析结果精度高,物理含义明显;研究结果表明,项目提出的技术思想是有效可行的,达到了预期的研究目的。