用于合成射流驱动器的Cymbal型复合结构研究

论文摘要

合成射流(Synthetic jet)控制是国际上近几年提出的一种全新的流场控制技术,它可以延缓分离、加强或减弱混合、建立“虚拟”形状,以及减少阻力,从而提高飞行器的机动性,提高载荷能力等。论文以压电式合成射流驱动器(SJA)为研究对象,探索利用Cymbal型压电复合结构替代传统的平板型压电振动膜,以提高振动隔膜的变形驱动能力。论文在对SJA的研究现状和发展趋势进行总结与综述的基础上,采用有限元仿真方法从频率特性和力/电耦合特性两个方面,研究和比较Cymbal型复合结构与平板型结构的特性。研究表明Cymbal型复合结构具有明显高于平板型结构的变形驱动能力;定义了Cymbal型复合结构的三个无量纲结构特征参数,并以结构变形驱动能力最大为目标,优化Cymbal复合结构,并得到了Cymbal复合结构的优化结果;制作了不同尺寸的Cymbal型复合结构及平板型结构的试验件,通过试验测试对Cymbal型复合结构的变形驱动特性及结构优化结果进行了验证;最后论文还初步探索了双钹活塞式结构特性,为进一步改进SJA结构特性奠定基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 合成射流驱动器的发展及影响因素
• 1.2.1 合成射流驱动器的发展
• 1.2.2 影响合成射流驱动器的因素
• 1.3 压电陶瓷-金属复合体介绍
• 1.3.1 压电复合材料的发展及特点
• 1.3.2 压电陶瓷-金属复合体的发展、原理及应用
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 压电复合材料的有限元建模
• 2.1 压电复合材料的有限元分析
• 2.1.1 有限元法的基本思想
• 2.1.2 基本耦合公式
• 2.1.3 有限元公式
• 2.2 ANSYS 软件功能及应用
• 2.2.1 ANSYS 软件的功能
• 2.2.2 ANSYS 分析的一般步骤
• 2.2.3 ANSYS 中的耦合问题
• 2.2.4 结构线性静力分析
• 2.2.5 模态分析
• 2.3 ANSYS 中压电材料的分析
• 2.3.1 压电复合材料分析的一般步骤
• 2.3.2 SOLID98 单元介绍
• 2.3.3 SOLID45 单元介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 CYMBAL 型复合结构的特性研究
• 3.1 CYMBAL型复合结构的动态特性的FEM 数值分析
• 3.1.1 Cymbal复合结构的ANSYS有限元模型的建立与模态分析
• 3.1.2 FEM 计算结果分析
• 3.1.3 不同尺寸的Cymbal型复合结构和平板型结构的频率分析
• 3.2 CYMBAL型复合结构的力/电耦合分析
• 3.2.1 Cymbal 型复合结构有限元模型的建模、加载及求解
• 3.2.2 Cymbal 型复合结构的力/电耦合结果分析
• 3.2.3 不同尺寸的Cymbal型复合结构和平板型的变形量的比较
• 3.3 试验验证
• 3.3.1 试验装置
• 3.3.2 试验件类型
• 3.3.3 试验数据分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 CYMBAL 型复合结构的参数优化
• 4.1 CYMBAL复合结构的分类
• 4.2 不同参数对CYMBAL型复合结构的动态特性的影响
• 4.2.1 Cymbal 结构的有限元建模
• 4.2.2 FEM 结果分析
• 4.2.3 各个参数对Cymbal 型复合结构的频率影响
• 4.3 各参数对CYMBAL型复合结构的力/电耦合特性的影响
• 4.3.1 有限元模型的建立、加载及求解
• 4.3.2 Cymbal 型复合结构的力/电耦合结果分析
• 4.3.3 Cymbal 型复合结构的力/电耦合的结构优化分析
• 4.4 试验验证
• 4.4.1 试验装置
• 4.4.2 试验件
• 4.4.3 试验数据分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 一种新型CYMBAL 结构－双钹活塞式结构
• 5.1 活塞式合成射流驱动器的发展及结构
• 5.2 双钹活塞式结构模型
• 5.3 双钹活塞结构的有限元分析
• 5.3.1 双钹活塞结构的建模
• 5.3.2 双钹活塞结构的模态分析结果
• 5.3.3 双钹活塞结构的力/电耦合分析结果
• 5.4 双钹活塞式结构的试验研究
• 5.4.1 试验装置
• 5.4.2 试验件
• 5.4.3 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文