專利名稱：多級(jí)流控制致動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
通常流控制致動(dòng)器用于控制氣流或其他流體流的流動(dòng)特性。例如，使用流控制致動(dòng)器改變翼面上的流的分離位置，能夠操縱翼面上方氣流。存在許多類型的用于控制氣流的一些特性的流控制致動(dòng)器。對(duì)于許多應(yīng)用，用于控制氣流的優(yōu)選的機(jī)構(gòu)是使用合成射流致動(dòng)器，從而以受控的速度、頻率、數(shù)量、和位置將流束或空氣脈沖排至氣流中。時(shí)常合成射流致動(dòng)器使用壓電圓片或其他機(jī)構(gòu)交替地將空氣吸至或?qū)⒖諝馀懦黾瘹馐?、或空氣室，然后進(jìn)入周圍氣流。然而，由于現(xiàn)有的壓電圓片材料性質(zhì)的限制，限制了被排至周圍氣流的空氣速度，這當(dāng)待被操縱的氣流速度增加時(shí)，限制了使用壓電圓片的合成射流致動(dòng)器的效用。特別地，為了增加典型的壓電合成射流致動(dòng)器的輸出速度，需要具有極高權(quán)威的致動(dòng)器，其中壓電合成射流致動(dòng)器使用現(xiàn)有的具有單個(gè)壓電圓片或兩個(gè)相對(duì)圓片的致動(dòng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這些高 權(quán)威致動(dòng)器需要大型壓電圓片，其極大地增加致動(dòng)器覆蓋區(qū)。即使具有這些配置，時(shí)常單個(gè)合成射流致動(dòng)器內(nèi)的一個(gè)或兩個(gè)壓電圓片不足以提供所需的致動(dòng)流動(dòng)特性，用于以令人滿意的方式操作周圍氣流?？紤]到這些和其他因素，在此提出本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
應(yīng)明白，提供該概要是為了以簡(jiǎn)化的形式介紹所選概念，其將在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步說(shuō)明。本概述并非用于限制所述主題事項(xiàng)的范圍。此處所述概念和技術(shù)提供了多級(jí)合成射流致動(dòng)器，其形成適合用于控制高速度周圍流體流的致動(dòng)流。根據(jù)在此提供的本發(fā)明的一個(gè)方面，流體致動(dòng)系統(tǒng)包括內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)。內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一隔膜和集氣室，而外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)包括圍繞第二集氣室的第二和第三隔膜。兩個(gè)集氣室流體地連接，以便由隔膜形成的致動(dòng)流能夠在集氣室之間流動(dòng)，并經(jīng)過(guò)出口孔徑流出第一集氣室。外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便第一、第二、以及第三隔膜大體對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)另一方面，用于提供致動(dòng)流體流的方法包括借助第一隔膜交替地壓縮和擴(kuò)展第一集氣室。借助第二隔膜交替地壓縮和擴(kuò)展第二集氣室，并且第三隔膜配合第一集氣室壓縮和擴(kuò)展。由第二集氣室交替地壓縮和擴(kuò)展形成的流體流被路由至第一集氣室，并經(jīng)過(guò)出口孔徑自第一集氣室排出。根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，流體致動(dòng)系統(tǒng)包括若干級(jí)，每個(gè)級(jí)包括集氣室和至少一個(gè)交替地壓縮和擴(kuò)展集氣室的壓電圓片。本級(jí)被安置在堆疊配置中，其中每個(gè)壓電圓片和集氣室沿中央軸對(duì)準(zhǔn)。流體通道連接集氣室，并且出口孔徑排放由每個(gè)集氣室壓縮和擴(kuò)展形成的致動(dòng)流。在本發(fā)明的不同實(shí)施例中能夠單獨(dú)或在又一個(gè)其他實(shí)施例中可組合實(shí)現(xiàn)所述特征、功能、和優(yōu)勢(shì)，其中參考下列描述和附圖可明白進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
圖IA示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例的流致動(dòng)系統(tǒng)側(cè)視圖，其中該流致動(dòng)系統(tǒng)向周圍氣流提供致動(dòng)流；圖IB示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例的多級(jí)合成射流致動(dòng)器原理圖；
圖2示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例的流體致動(dòng)系統(tǒng)的解剖透視圖，其中該流體致動(dòng)系統(tǒng)具有兩個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)；圖3示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例的流體致動(dòng)系統(tǒng)的解剖透視圖，其中該流體致動(dòng)系統(tǒng)具有三個(gè)致動(dòng)機(jī)構(gòu)；圖4示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例，沿圖3線4-4的隔膜板的橫截面圖，其中該橫截面圖示出通氣機(jī)構(gòu)；圖5示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例，沿圖3線5-5的隔膜板的橫截面圖，其中該橫截面圖示出通氣機(jī)構(gòu)；圖6示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例，提供多級(jí)合成射流致動(dòng)器方法的流程圖；以及圖7示出根據(jù)在此提出的不同實(shí)施例，提供運(yùn)用多級(jí)合成射流致動(dòng)器的致動(dòng)流體流方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下列詳細(xì)說(shuō)明涉及提供致動(dòng)流體流的系統(tǒng)和方法，其中該致動(dòng)流體流運(yùn)用具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的合成射流致動(dòng)器。如上所述，傳統(tǒng)的合成射流致動(dòng)器不能提供能夠滿意地操縱高速氣流的致動(dòng)流，并且同時(shí)維持最小覆蓋區(qū)。時(shí)常，傳統(tǒng)的合成射流致動(dòng)器運(yùn)用單個(gè)壓電推進(jìn)器壓縮和擴(kuò)展集氣室，其將集氣室內(nèi)的空氣迫出孔穴或裂縫，并進(jìn)入待被致動(dòng)的外部氣流。為了增加由合成射流致動(dòng)器產(chǎn)生的致動(dòng)流的速度，可在集氣室相對(duì)側(cè)上配置兩個(gè)壓電推進(jìn)器用于增加流輸出。然而，如果事先給定傳統(tǒng)致動(dòng)器配置和壓電材料性能，進(jìn)一步增加流輸出的同時(shí)維持最小致動(dòng)器覆蓋區(qū)已是不可能的。運(yùn)用在此說(shuō)明的概念和技術(shù)，多級(jí)合成射流致動(dòng)器配置允許多于兩個(gè)的壓電圓片以下列方式堆疊和配合，即相比傳統(tǒng)的致動(dòng)器，極大地增加致動(dòng)器輸出，同時(shí)增加其覆蓋區(qū)。應(yīng)明白，將在形成致動(dòng)流的背景下說(shuō)明本發(fā)明不同實(shí)施例，其中為了控制周圍氣流的某一方面，將致動(dòng)流引入周圍氣流。該實(shí)施例在控制翼面上方氣流的背景下是有用的。然而，在此提出的概念同樣適于任何這樣的應(yīng)用，即其中可取地是增加傳統(tǒng)合成射流致動(dòng)器流體的輸出、或輸出速度。根據(jù)致動(dòng)器的具體應(yīng)用，在不背離本發(fā)明范圍下，致動(dòng)和/或周圍流體能夠是空氣、水、或任何其他流體。在下列詳細(xì)說(shuō)明中，參考附圖，其作為說(shuō)明中的一部分，并通過(guò)圖解、具體實(shí)施例、或例子的方式示出。貫穿幾幅附圖的標(biāo)識(shí)號(hào)指示相同部件。現(xiàn)在參考圖1A，將示出示例性的流致動(dòng)環(huán)境100。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，流致動(dòng)環(huán)境100包括結(jié)構(gòu)104表面上方的周圍氣流102。結(jié)構(gòu)104可以是飛機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、或其他運(yùn)載工具的表面層。根據(jù)下列說(shuō)明的不同實(shí)施例，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106被安置在結(jié)構(gòu)104暴露面的下方，并且經(jīng)操作可將致動(dòng)流108排至和吸至周圍氣流102以及從周圍氣流102排出和吸出。圖IB示出多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的簡(jiǎn)化原理圖，從而解釋下面參考圖2-5將被詳細(xì)說(shuō)明的概念。如圖IB中所示，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106可包括許多沿軸對(duì)準(zhǔn)并堆疊在彼此頂部的致動(dòng)級(jí)110。每個(gè)級(jí)110包括使用一個(gè)或兩個(gè)隔膜(在圖IB中未示出)擴(kuò)展和緊縮的集氣室112。集氣室112的擴(kuò)展和緊縮形成致動(dòng)流108，其通過(guò)通道114在集氣室112之間流動(dòng)，并且通過(guò)出口孔徑116流進(jìn)和流出多級(jí)合成射流致動(dòng)器106。多級(jí)110的堆疊的、多級(jí)配置允許每個(gè)級(jí)110的致動(dòng)流108聚集。在此說(shuō)明的多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的隔膜每個(gè)被公開(kāi)為壓電圓片、或由壓電圓片驅(qū)動(dòng)，其中壓電圓片反應(yīng)電輸入，從而形成擴(kuò)展和緊縮相應(yīng)集氣室112的振蕩的直線運(yùn)動(dòng)?？墒褂萌魏纹渌糜谛纬沙渥愕恼袷幰苿?dòng)的隔膜或機(jī)構(gòu)，從而充分地作用于相應(yīng)集氣室112。
圖2示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的更為詳細(xì)的多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的解剖圖。根據(jù)該實(shí)施例，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106包括內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204，其組成圖IB中示出的兩個(gè)堆疊級(jí)110，其共同作用，從而提供致動(dòng)流108。內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202包括壓電圓片206A，其反應(yīng)電輸入，從而在壓電圓片206A和面板205之間壓縮和擴(kuò)展第一集氣室112A。面板205可以是結(jié)構(gòu)104自身，或者可以是任何適合的材料的板，其然后被安裝、粘至、又或者相對(duì)結(jié)構(gòu)104的內(nèi)表面安置。根據(jù)圖2和圖3所示實(shí)施例，說(shuō)明多級(jí)合成射流致動(dòng)器106時(shí)，當(dāng)被籠統(tǒng)地討論時(shí)，僅使用數(shù)字符號(hào)描述說(shuō)明組件，而使用數(shù)字和字母組合指代附圖中示出的特定組件。例如，參看圖2，“壓電圓片206 ”指代所有在附圖中含有“ 206 ”參考號(hào)的壓電圓片，其包括206A、206B、和206C。相反，“壓電圓片206A”僅指代在內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202中示出的特定壓電圓片206A。如圖2所示，壓電圓片206A安裝至圓片板212A的圓片開(kāi)孔214A內(nèi)。在此說(shuō)明的圓片板212可由任何適合的材料制成，并且按尺寸形成，且經(jīng)配置在圓片開(kāi)孔214內(nèi)接收壓電圓片206。通過(guò)將圓片板212粘至相鄰圓片板212或面板205，在兩個(gè)粘合的組件之間形成空氣密封，其中該粘合的組件防止空氣或其他可適用的流體滲透或在組件之間移動(dòng)，其除了通過(guò)下述設(shè)計(jì)的流體路由或通氣口外。應(yīng)清楚，為了致動(dòng)流108部分的形成，致動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)相鄰的圓片板212的粘合可形成集氣室，同時(shí)相鄰圓片板212之間的圓片板212粘合可導(dǎo)致通風(fēng)，從而使壓電圓片206的效率最大化。圓片開(kāi)口 214A允許在圓片板212A和面板205之間形成空氣密封。同時(shí)允許壓電圓片206A的震蕩移動(dòng)。在面板205和壓電圓片206A之間形成空氣室、或第一集氣室112A。雖然示出第一集氣室112A凹入面板205，應(yīng)理解圓片板212A可被配置這樣的厚度，即允許壓電圓片206A凹入面板內(nèi)，從而形成第一集氣室112A。致動(dòng)流108經(jīng)過(guò)面板205的出口孔徑116被擠出第一集氣室112A。出口孔徑116可被配置為裂縫或任何其他開(kāi)口，其具有所需尺寸和性質(zhì)，從而排放具有最優(yōu)化特性的致動(dòng)流108。這些出口孔徑116的精確特性，以及精確的尺寸和多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的其他組件特性均為設(shè)計(jì)選擇，其根據(jù)所需致動(dòng)流108輸出，能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出。示出面板205具有到達(dá)第一集氣室112A的入口 218。入口 218為來(lái)自外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204的致動(dòng)流部分提供進(jìn)入第一集氣室112A的路徑。如上參考第一集氣室112A的配置所述，通過(guò)圓片板212A頂側(cè)(未示出)的凹陷或凹進(jìn)部分可選地形成入口 218，而不是形成于面板205內(nèi)。流體路由孔徑216A提供流體路徑，其穿過(guò)圓片板212A，從外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204進(jìn)入內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202的入口 218。為增加致動(dòng)流108的流速，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106包括外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204，其被配置為堆疊在內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202頂部的致動(dòng)器的第二級(jí)110。參考圖3，如下所述和說(shuō)明，為了進(jìn)一步增加致動(dòng)流108的速度，在如圖2所示的內(nèi)部和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，可包括許多輔助的中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)。外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204包括圓片板212B和圓片板212C，其中分別安裝了隔膜或壓電圓片206B和206C。圓片板212C粘合至圓片板212B在壓電圓片206B和壓電圓片206C之間形成第二集氣室112B。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)分別凹入圓片板212B和/或212C的一個(gè)或兩個(gè)壓電圓片206B和/或206C的量，可制定第二集氣室112B的大小。致動(dòng)流108自第二集氣室112B通過(guò)出口路由至流體路由孔徑216B。出口 220可類似于入口 218配置，并且可形成于圓片板212C內(nèi)、或可選地形成于圓片板212B內(nèi)。出口 220、流體路由孔徑216A和216B、以及入口 218共同為致動(dòng)流108提供用于在第二集氣室112B和第一集氣室112A之間行進(jìn)的路徑。應(yīng)理解，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106內(nèi)集氣室之間的流徑配置不被限制于圖2或圖3 示出的出口 220、流體路由孔徑216A和216B、或入口 218的形狀、大小、或位置。當(dāng)堆疊內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204時(shí)，通過(guò)將圓片板212A粘合圓片板212B，在壓電圓片206A和壓電圓片206B之間，相鄰圓片板212之間的典型的空氣密封將形成真空和/或增壓空間。因?yàn)閴弘妶A片206A和206B朝向和遠(yuǎn)離彼此線性振蕩，任何的真空或增壓將阻止該運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的效率或性能降低。為了防止該問(wèn)題，在圓片板212A和212B之間提供通氣口 224。通氣口 224包括圓片板212A內(nèi)的凹陷或流道，其從壓電圓片206A和206B之間的空間延伸向外至板的邊緣。參考圖3-5，下面將示出并討論該流道的不同配置，以及通氣口224可選地實(shí)施例。通過(guò)運(yùn)用通氣口 224，面板之間的空間暴露至環(huán)境大氣，這允許壓電圓片206A和206B操作暢通無(wú)阻?？蛇x地，除了，或代替形成于示出的圓片板212A內(nèi)，在圓片板212B頂側(cè)(未示出)可形成通氣口 224。由于壓電圓片206A和206B朝向和遠(yuǎn)離彼此的線性位移，且因?yàn)橥饪?224為兩個(gè)圓片之間的空間提供出口，其允許兩個(gè)圓片之間的空氣自由移動(dòng)，所以存在誘導(dǎo)氣流流入和流出通氣口 224。雖未示出，但是本發(fā)明考慮該通氣口流可偶聯(lián)任何其他通氣口流，該通氣口流來(lái)自多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的其他級(jí)110的接合，并且該通氣口流被路由至第二出口孔徑，從而進(jìn)一步致動(dòng)周圍氣流102。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在操作中，單級(jí)110內(nèi)的壓電圓片206相對(duì)于彼此離相移動(dòng)180度。這樣做，壓電圓片206同時(shí)向內(nèi)移動(dòng)壓縮集氣室112，并且向外移動(dòng)擴(kuò)展集氣室112，其中壓電圓片為圓片間的集氣室112提供相對(duì)側(cè)。這種集氣室112的交替的壓縮和擴(kuò)展形成致動(dòng)流108。為了產(chǎn)生致動(dòng)流108所需的流特征，根據(jù)提供給圓片的壓電圓片206和/或電輸入的特性能夠控制振蕩的頻率。應(yīng)理解，不同級(jí)110的壓電圓片206之間的相位差將依據(jù)級(jí)110之間的流徑長(zhǎng)度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，將說(shuō)明可選的實(shí)施例，其中多級(jí)合成射流致動(dòng)器106包括致動(dòng)機(jī)構(gòu)的三級(jí)110。根據(jù)該實(shí)施例，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106包括參考圖2所述的內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204。然而，多級(jí)合成射流致動(dòng)器106還包括中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)302，其被放置在內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202和外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204之間。該中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)向多級(jí)合成射流致動(dòng)器106提供第三級(jí)110，這進(jìn)一步增加了致動(dòng)流108的流速。雖然在附圖中僅示出三級(jí)110，但應(yīng)明白，許多中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)可被添加至致動(dòng)機(jī)構(gòu)堆疊，從而按照需要進(jìn)一步改變致動(dòng)流108特性。類似于外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204，中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)302包括兩個(gè)圓片板212D和212E，其分別具有用于接收隔膜或壓電圓片206D和206E的圓片開(kāi)孔214D和214E。圓片板212D和212E的接合形成第三集氣室112C。流體路由孔徑216D為致動(dòng)流108提供用于在第三集氣室112C和第一集氣室112A之間行進(jìn)的路徑，而流體路由孔徑216E為來(lái)自第二集氣室112B的致動(dòng)流108提供路徑。出口 304提供從第三集氣室112C到流體路由孔徑216D的路徑，從而完成第一和第三集氣室112A和112C之間的開(kāi)式路由。如參考上述入口 218和出口 220，出口 304不被限制于圖3所示配置，并可被包括進(jìn)圓片板212D、212E、或兩者均包括部分出P 304。圖3-5進(jìn)一步示出兩個(gè)可替換實(shí)施例，其相應(yīng)于多級(jí)合成射流致動(dòng)器106級(jí)110 之間的通氣口 224。如參看圓片板212A，以及參考圖2所述，通氣口 224可以是形成于與相鄰級(jí)110接邊一個(gè)圓片板212 (或兩個(gè))內(nèi)的凹陷或流道。圖4示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圓片板212A的橫截面圖，其更為詳細(xì)地示出通氣槽402。相應(yīng)于通氣口 224的第二實(shí)施例使用如圖3所示的通氣板312，從而分離中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)302與外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)204。通氣板312為相似于圓片板212的隔板，但是其中未安裝相應(yīng)壓電圓片206。通氣板312包括路由孔徑316，從而允許致動(dòng)流108在級(jí)間流動(dòng)。通氣板312可還包括通氣孔經(jīng)314，從而允許相鄰壓電圓片206E和206B移動(dòng)暢通無(wú)阻。如圖5示出的通氣板312的橫截面圖，使用通氣板312相對(duì)側(cè)的通氣槽502，通氣孔徑314通向環(huán)境大氣?？商鎿Q地，應(yīng)理解通氣板312可包括通氣板312 —側(cè)的單通氣槽502，類似于圖4所示的通氣口 224。進(jìn)一步還應(yīng)理解的是通氣板312為替換物，從而在與相鄰級(jí)110接邊一個(gè)或兩個(gè)圓片板212內(nèi)運(yùn)用通氣槽402。例如，類似于圓片板212A，圓片板212E和212B中的一個(gè)或兩個(gè)能夠包括通氣板402而不是運(yùn)用圖3所示實(shí)施例中的通氣板312。類似地，能夠在圓片板212A和212D之間使用通氣板312，而不是如圖所示包括通氣槽402的圓片板212A，從而為內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)202和中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)302之間空間通氣。最終，根據(jù)又一個(gè)可替換實(shí)施例，相鄰級(jí)110之間的相鄰圓片板212僅包括單個(gè)圓片板212，其上安裝相鄰壓電圓片206。例如，參看圖4，可考慮將壓電圓片206A安裝至圓片板212D，以除去圓片板212A。這樣做，圓片孔徑214D可被通氣，從而除去壓電圓片206A和206D之間的任何壓力。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖6，現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明用于提供多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的示例性例程600。應(yīng)理解參考圖6和圖7，在此說(shuō)明的邏輯操作可(I)按計(jì)算機(jī)實(shí)施動(dòng)作或在計(jì)算系統(tǒng)上運(yùn)行的程序模塊順序，和/或(2)按照互連的機(jī)器邏輯電路或計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)的電路模塊實(shí)施。實(shí)施過(guò)程是依據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的性能和其他要求進(jìn)行選擇的問(wèn)題。因此，在此說(shuō)明的邏輯操作涉及各種所述操作、結(jié)構(gòu)裝置、動(dòng)作、或模塊?？稍谲浖?、硬件、專用數(shù)字邏輯、和其中的任何組合中實(shí)施這些操作、結(jié)構(gòu)裝置、動(dòng)作、或模塊。還應(yīng)理解，將執(zhí)行比附圖中示出和在此說(shuō)明要多或要少的操作。還可以不同于那些在此說(shuō)明的順序執(zhí)行這些操作。例程600開(kāi)始于操作602，其中準(zhǔn)備具有圓片孔徑214的圓片板212。在操作604處，在相應(yīng)圓片板212的圓片孔徑214內(nèi)安裝壓電圓片206。在操作606處，提供通道114，從而流體地連接不同集氣室112。如上所述，這些通道114可包括流體路由孔徑216，以及入口 218和相應(yīng)于每級(jí)110的出口，例如兩級(jí)致動(dòng)器的出口 220和三級(jí)致動(dòng)器的出口 220和304。從操作606，例程600繼續(xù)到操作608，其中在多級(jí)合成射流致動(dòng)器106的級(jí)110之間提供通氣。例如，在級(jí)110之間的一個(gè)或兩個(gè)相鄰圓片板212內(nèi)可使用通氣槽402，或者在級(jí)110之間可使用通氣板312。在操作610處，共同粘合圓片板212，從而形成每級(jí)110致動(dòng)機(jī)構(gòu)的集氣室112。例程600繼續(xù)到操作612，其中表示每級(jí)110的致動(dòng)機(jī)構(gòu)堆疊，并粘合在一起，從而完成多級(jí)合成射流致動(dòng)器106，然后例程600結(jié)束。參看圖7，現(xiàn)在將詳細(xì)說(shuō)明運(yùn)用多級(jí)合成射流致動(dòng)器106提供致動(dòng)流108的示例性例程700。例程700開(kāi)始于操作702，其中，為電壓圓片206提供電輸入。在操作704處，響應(yīng)于電輸入，壓電圓片206振蕩，從而交替壓縮和擴(kuò)展多級(jí)合成射流致動(dòng)器106每級(jí)110的集氣室112。如上所述，單級(jí)內(nèi)的相對(duì)壓電圓片206彼此離相振蕩180度，以便同時(shí)和交 替地壓縮和擴(kuò)展圓片之間的集氣室112。在操作706處，集氣室112的壓縮和擴(kuò)展形成致動(dòng)流 108，其通過(guò)通道114在集氣室112之間被路由。在操作708處，通過(guò)出口孔徑116，致動(dòng)流108從第一集氣室112A排出進(jìn)入周圍氣流102，同時(shí)，例程700結(jié)束?；谏鲜稣f(shuō)明，應(yīng)理解在此說(shuō)明的用于提供多級(jí)合成射流致動(dòng)器的技術(shù)。應(yīng)明白，權(quán)利要求限定的本發(fā)明不必限制于在此說(shuō)明的具體特征、配置、動(dòng)作、或媒體。相反，具體的特征、配置、動(dòng)作和媒體作為實(shí)施權(quán)利要求的示例性形式被公開(kāi)。僅通過(guò)圖解的方式提供上述主題事項(xiàng)，但不應(yīng)視為限制。可對(duì)在此說(shuō)明的主題事項(xiàng)做出不同修正和改變，而無(wú)需遵循所示和說(shuō)明的示例性實(shí)施例和應(yīng)用，同時(shí)不背離下列權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明真實(shí)精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種流體致動(dòng)系統(tǒng)，其包括 內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括至少第一隔膜和第一集氣室，所述第一隔膜適于經(jīng)出口孔徑將流體從所述第一集氣室排出；以及 外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其包括圍繞第二集氣室的第二隔膜和第三隔膜，所述第二集氣室流體偶聯(lián)至所述第一集氣室，所述第二隔膜和所述第三隔膜適于將流體從所述第二集氣室排至所述第一集氣室，其中所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)連接至所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)，以便所述第一隔膜、所述第二隔膜、以及所述第三隔膜沿軸線大體對(duì)準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一隔膜、所述第二隔膜以及所述第三隔膜每個(gè)包括壓電圓片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述流體包括空氣，以及其中所述出口孔徑包括飛機(jī)表面層內(nèi)的孔徑，以便所述流體致動(dòng)系統(tǒng)穿過(guò)所述飛機(jī)表面層內(nèi)的所述孔徑將空氣排至周圍氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，還包括面板，所述面板具有面向待被致動(dòng)的流體流的第一側(cè)和面向所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)的第二側(cè)，其中所述面板的所述第二側(cè)提供所述第一集氣室的一側(cè)，并且其中所述面板包括所述出口孔徑，以便所述流體從所述第一集氣室經(jīng)過(guò)所述出口孔徑排至所述面板的所述第一側(cè)，再進(jìn)入待被致動(dòng)的流體流中，其中所述第一集氣室鄰近所述面板的所述第二側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)， 其中所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第一隔板，其具有按尺寸形成用于接受所述第一隔膜的第一隔膜孔徑， 其中所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括第二隔板，其具有按尺寸形成用于接受所述第二隔膜的第二隔膜孔徑，以及第三隔板，其具有按尺寸形成用于接受所述第三隔膜的第三隔膜孔徑，以及 其中所述面板、所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)、以及所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)以堆疊構(gòu)造設(shè)置，以便所述第一隔板鄰接所述面板，并限定所述面板的所述第二側(cè)和所述第一隔膜之間的所述第一集氣室，所述第二隔板鄰接所述第一隔板、以及所述第三隔板鄰接所述第二隔板并限定所述第二隔膜和所述第三隔膜之間的所述第二集氣室。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)， 其中所述第一隔板還包括第一流體路由孔徑，其經(jīng)配置將所述第二集氣室的所述流體路由至所述第一集氣室，以及 其中所述第二隔板還包括第二流體路由孔徑，其經(jīng)配置將所述第二集氣室的流體路由至所述第一流體路由孔徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，還包括中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)，其被安置于所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，所述中間致動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第四隔膜和第五隔膜，其包圍流體偶聯(lián)至所述第一集氣室的第三集氣室，其中所述第四隔膜和所述第五隔膜被適于將所述第三集氣室的流體排至所述第一集氣室。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，還包括第一通氣口，其被置于所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，以及第二通氣口，其被置于所述內(nèi)部致動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述外圍致動(dòng)機(jī)構(gòu)之間，其中所述第一通氣口和所述第二通氣口的每個(gè)被適于對(duì)相鄰隔膜間的任何空間減壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述第一和第二通氣口中的至少一個(gè)包括通氣板，其經(jīng)配置鄰接相鄰隔板，并且所述通氣板具有隔膜孔徑，其經(jīng)采用將相鄰隔膜之間的空間暴露至環(huán)境大氣。
10.一種用于提供致動(dòng)流體流的方法，所述方法包括 借助第一隔膜，交替地壓縮和擴(kuò)展第一集氣室； 配合所述第一集氣室的壓縮和擴(kuò)展，借助第二隔膜和第三隔膜交替地壓縮和擴(kuò)展第二集氣室； 路由所述第二集氣室和所述第一集氣室之間的流體流；以及 經(jīng)出口孔徑從第一集氣室排出流體，從而提供所述致動(dòng)流體流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一隔膜、所述第二隔膜、以及所述第三隔膜中每個(gè)均包括壓電圓片，其中交替地壓縮和擴(kuò)展所述第一集氣室包括向第一壓電圓片提供電輸入，從而移動(dòng)所述第一壓電圓片，以便所述第一集氣室被交替地壓縮和擴(kuò)展，以及其中交替地壓縮和擴(kuò)展所述第二集氣室包括向第二壓電圓片和第三壓電圓片提供電輸入，從而移動(dòng)所述第二壓電圓片和所述第三壓電圓片，以便所述第二集氣室被交替地壓縮和擴(kuò)展。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中向所述第二壓電圓片和所述第三壓電圓片提供電輸入，從而移動(dòng)所述第二和第三壓電圓片，以便所述第二集氣室被交替地壓縮和擴(kuò)展，包括提供電輸入，以便所述第二壓電圓片和所述第三壓電圓片相對(duì)于彼此離相移動(dòng)180度，以便每個(gè)圓片同時(shí)朝向所述第二集氣室向內(nèi)移動(dòng)以壓縮所述第二集氣室，以及同時(shí)遠(yuǎn)離所述第二集氣室向外移動(dòng)以擴(kuò)展所述第二集氣室。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括 在第一圓片板的圓片孔徑內(nèi)安裝所述第一壓電圓片； 將所述第一圓片板粘合至具有所述出口孔徑的面板，以便在所述第一壓電圓片和所述面板的所述出口孔徑之間形成所述第一集氣室； 在第二圓片板的圓片孔徑內(nèi)安裝所述第二壓電圓片； 將所述第二圓片板粘合至所述第一圓片板，以便所述第一壓電圓片和所述第二壓電圓片大體對(duì)準(zhǔn)； 在第三圓片板的圓片孔徑內(nèi)安裝所述第三壓電圓片；以及 將所述第三圓片板粘合至所述第二圓片板，以便所述第二壓電圓片和所述第三壓電圓片大體對(duì)準(zhǔn)，并且以便在所述第二壓電圓片和所述第三壓電圓片之間形成所述第二集氣室。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中路由所述第二集氣室和所述第一集氣室之間的流體流包括 在每個(gè)所述第一圓片板和所述第二圓片板內(nèi)提供對(duì)準(zhǔn)的流體路由孔徑； 在每個(gè)所述第二圓片板和所述第三圓片板之間提供所述第二集氣室的出口，其將所述第二集氣室流體地連接至所述對(duì)準(zhǔn)的流體路由孔徑；以及 在所述面板和所述第一圓片板之間提供到達(dá)所述第一集氣室的入口，其將所述對(duì)準(zhǔn)的流體路由孔徑流體地連接至所述第一集氣室。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述第一圓片板和所述第二圓片板之間提供通氣口，以便所述第一壓電圓片和所述第二壓電圓片之間的任何空間暴露至環(huán)境大氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括 在第四圓片板的圓片孔徑內(nèi)安裝所述第四壓電圓片； 將所述第四圓片板粘合至所述第三圓片板； 在第五圓片板的圓片孔徑內(nèi)安裝所述第五壓電圓片； 將所述第四圓片板粘合至所述第五圓片板，以便所述第四壓電圓片和所述第五壓電圓片大體對(duì)準(zhǔn)，并且以便在所述第四壓電圓片和所述第五壓電圓片之間形成第三集氣室；配合所述第一集氣室和所述第二集氣室的壓縮和擴(kuò)展，借助所述第四壓電圓片和所述第五壓電圓片交替地壓縮和擴(kuò)展所述第三集氣室，； 路由所述第三集氣室和所述第一集氣室之間的流體流。
17.一種流體致動(dòng)系統(tǒng)，其包括 多個(gè)級(jí)，每級(jí)包括 集氣室，以及 至少一個(gè)壓電圓片，其被適于交替地壓縮和擴(kuò)展所述集氣室， 其中以堆疊構(gòu)造設(shè)置所述多個(gè)級(jí)，同時(shí)每個(gè)壓電圓片和集氣室沿中心軸對(duì)準(zhǔn)； 流體地連接每個(gè)集氣室的通道；以及 出口孔徑，其適于排放通過(guò)每個(gè)集氣室的所述壓縮和擴(kuò)展形成的致動(dòng)流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述多個(gè)級(jí)包括具有第一集氣室和第一壓電圓片的第一級(jí)，和具有第二集氣室的第二級(jí)，其中所述第二集氣室通過(guò)第二壓電圓片和第三壓電圓片在相對(duì)側(cè)被限定，并且其中在所述第一集氣室內(nèi)安置所述出口孔徑。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流致動(dòng)系統(tǒng)，還包括安置在所述多個(gè)級(jí)的每個(gè)之間的通氣口，所述通氣口被適于將相鄰級(jí)之間的空間暴露至環(huán)境大氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的流致動(dòng)系統(tǒng)，其中所述流體致動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)置在在翼面內(nèi)，以便所述致動(dòng)流被排至所述翼面上方的環(huán)境氣流中。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了運(yùn)用多級(jí)致動(dòng)器形成致動(dòng)流體流的概念和技術(shù)。根據(jù)本文提供的內(nèi)容的一個(gè)方面，流體致動(dòng)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)級(jí)(110)，每級(jí)具有集氣室(112)和一個(gè)或兩個(gè)隔膜(206)，其中隔膜作用于集氣室從而形成致動(dòng)流體流(108)。每級(jí)的隔膜可沿軸線大體對(duì)準(zhǔn)。致動(dòng)流聚集于級(jí)之間，并且被排至待被控制的流體流內(nèi)。根據(jù)不同方面，隔膜可包括壓電圓片。
文檔編號(hào)F15D1/12GK102741121SQ201080062701
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者D·J·克林格曼, E·A·沃倫 申請(qǐng)人:波音公司