壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扇形降噪噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種航空航天領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扇形降噪噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]飛機(jī)的噪聲來(lái)源可分為動(dòng)力系統(tǒng)噪聲，如發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、噴流等產(chǎn)生的噪聲，及無(wú)動(dòng)力噪聲，如增升裝置噪聲、起落架噪聲和輔助系統(tǒng)噪聲。
[0003]其中，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)出口的高速氣流與大氣自由氣流混合，形成高速湍流剪切層，產(chǎn)生高強(qiáng)度的湍流噪聲。在起飛和降落階段，發(fā)動(dòng)機(jī)噴流噪聲會(huì)對(duì)機(jī)場(chǎng)及周圍居民造成嚴(yán)重的噪聲污染。基于此，國(guó)際民航組織制定了嚴(yán)格的噪聲適航標(biāo)準(zhǔn)；而在飛機(jī)巡航階段，需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供大推力，盡量避免推力損失從而獲得較高的燃料利用率。先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，期望在飛機(jī)起降階段具有較小的噪聲指標(biāo)，同時(shí)在巡航狀態(tài)下能夠盡可能地減小發(fā)動(dòng)機(jī)推力損失。
[0004]利用扇形噴嘴替代傳統(tǒng)的圓形噴嘴，是一種被動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制技術(shù)，可增加發(fā)動(dòng)機(jī)核心氣流與大氣自由氣流的湍流混合，達(dá)到降低噪聲的目的，但會(huì)產(chǎn)生額外的推力損失。并且，常規(guī)的扇形噴嘴大多是降噪效果與推力損失的折中設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的噪聲控制作用。
[0005]扇形噴嘴的滲透度(扇瓣尖部所在切面圓與扇瓣底部所在切面圓的半徑之差)是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制的關(guān)鍵參數(shù)，直接影響了噪聲控制效果。由于常規(guī)的扇形噴嘴結(jié)構(gòu)固定，不能主動(dòng)調(diào)節(jié)滲透度，限制了降噪效果的最優(yōu)實(shí)現(xiàn)；而大滲透度的扇形噴嘴設(shè)計(jì)會(huì)增大飛機(jī)巡航狀態(tài)下的推力損失，難以獲得較好的巡航性能。
[0006]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN103171757A，公布日2013.6.26，公開(kāi)了一種運(yùn)用壓電纖維復(fù)合材料的自適應(yīng)后緣驅(qū)動(dòng)裝置，壓電纖維復(fù)合材料通過(guò)環(huán)氧樹脂呈陣列式粘貼在基板上下兩側(cè)的表面上，壓電纖維復(fù)合材料各自連接一個(gè)獨(dú)立的高壓電源，電源輸出范圍為-500V?+1500V。但該技術(shù)直接通過(guò)額外電源對(duì)壓電纖維復(fù)合材料施加電壓，材料尺寸較大時(shí)內(nèi)部電場(chǎng)分布不均勻，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)形變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)扇形降噪噴嘴，將壓電纖維復(fù)合材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)扇形噴嘴，實(shí)現(xiàn)噴嘴扇瓣均勻形變，可主動(dòng)、快速地改變噴嘴扇瓣的滲透度，降低噴流噪聲的同時(shí)保證較小的推力損失。
[0008]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]本發(fā)明包括:扇形噴嘴和固定設(shè)置于噴嘴扇瓣上下表面的若干驅(qū)動(dòng)裝置。
[0010]所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括:雙層壓電纖維復(fù)合材料、排布于每層壓電纖維復(fù)合材料上下表面的交叉指形電極以及與交叉指形電極相連并位于噴嘴扇瓣根部的控制模塊。
[0011]所述的雙層壓電纖維復(fù)合材料包括壓電陶瓷和有機(jī)高分子材料，其中任意一層壓電纖維復(fù)合材料的厚度等于噴嘴扇瓣的整體最大厚度的1/4?1/3。
[0012]所述的雙層壓電纖維復(fù)合材料的寬度等于噴嘴扇瓣的尖部至根部長(zhǎng)度的1/5?1/4。
[0013]所述的雙層壓電纖維復(fù)合材料的整體面積大于等于噴嘴扇瓣面積的1/3。
[0014]所述的雙層壓電纖維復(fù)合材料通過(guò)鉚釘、緊固和鍵合等方式與噴嘴扇瓣固定連接。
[0015]所述的壓電陶瓷和有機(jī)高分子材料滿足以下任意組合:
[0016]1)1-3結(jié)構(gòu)，即壓電陶瓷是一維聯(lián)通，有機(jī)高分子材料是三維聯(lián)通；
[0017]2)2-2結(jié)構(gòu)，即壓電陶瓷和有機(jī)高分子材料均為二維聯(lián)通。
[0018]所述的壓電陶瓷的纖維截面可選圓形、橢圓形、方形或不規(guī)則形。
[0019]所述的壓電陶瓷的纖維平行于噴嘴扇瓣并從噴嘴扇瓣根部指向尖部，以使噴嘴扇瓣在工作狀態(tài)下產(chǎn)生理想的變形結(jié)果驅(qū)動(dòng)噴嘴扇瓣偏轉(zhuǎn)。
[0020]所述的壓電陶瓷的纖維長(zhǎng)度與雙層壓電纖維復(fù)合材料的整體長(zhǎng)度一致，纖維間距為纖維長(zhǎng)度的1/6?1/5。
[0021]所述的有機(jī)高分子材料可選用耐高溫型環(huán)氧樹脂及相關(guān)合適的聚合物，材料的長(zhǎng)度、厚度和寬度與壓電纖維復(fù)合材料的整體相同。
[0022]所述的交叉指形電極在壓電纖維復(fù)合材料的上下表面沿兩個(gè)方向?qū)ΨQ排布，包括一對(duì)異性主電極和若干異性分支電極，其中:一對(duì)主電極沿雙層壓電纖維復(fù)合材料的長(zhǎng)度方向排布，分支電極沿雙層壓電纖維復(fù)合材料的寬度方向排布，每層壓電纖維復(fù)合材料上下表面對(duì)應(yīng)位置電極為同極。
[0023]所述的控制模塊向分別位于噴嘴扇瓣上下表面的雙層壓電纖維復(fù)合材料施加相反方向的驅(qū)動(dòng)電壓，形成相反電場(chǎng)。
[0024]所述的驅(qū)動(dòng)電壓范圍為-500V?+500V。
[0025]所述的驅(qū)動(dòng)裝置在電壓控制下產(chǎn)生沿壓電陶瓷的纖維長(zhǎng)度方向的彎曲變形，帶動(dòng)噴嘴扇瓣向外(向內(nèi))彎曲偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生沿噴嘴截面徑向向外(向內(nèi))的位移，主動(dòng)控制改變噴嘴扇瓣的滲透度，加劇風(fēng)扇流、核心流與自由流的強(qiáng)烈摻混，降低氣流高速噴出時(shí)產(chǎn)生的低頻噪聲，以在起降階段降噪并減小巡航階段推力損失。
技術(shù)效果
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將壓電纖維復(fù)合材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的扇形噴嘴，可主動(dòng)、快速地改變噴嘴扇瓣的滲透度，降低噴流噪聲的同時(shí)保證較小的推力損失；且壓電纖維復(fù)合材料響應(yīng)速率快、重量小、抗磨損，可根據(jù)飛行狀態(tài)主動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到有效降噪與減小推力損失的統(tǒng)一。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為噴嘴扇瓣在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝示意圖；
[0028]圖2為驅(qū)動(dòng)裝置在嗔嘴扇辦上的安裝不意圖；
[0029]圖3為壓電纖維復(fù)合材料纖維長(zhǎng)度的朝向示意圖；
[0030]圖4為一單位壓電纖維復(fù)合材料剖面圖；
[0031]圖5為交叉指形電極安裝剖面圖；
[0032]圖6為驅(qū)動(dòng)裝置在扇瓣向內(nèi)偏轉(zhuǎn)時(shí)的工作示意圖；
[0033]圖7為驅(qū)動(dòng)裝置在扇瓣間隔向內(nèi)向外偏轉(zhuǎn)時(shí)的工作示意圖；
[0034]圖中:1為扇瓣，2為驅(qū)動(dòng)裝置，3為壓電陶瓷纖維，4為有機(jī)高分子材料，5為交叉指形電極，6?9均為電極。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0036]如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括扇形噴嘴和固定設(shè)置于噴嘴扇瓣I上下表面的若干個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置2。
[0037]如圖3所示，所述的驅(qū)動(dòng)裝置2包括:雙層壓電纖維復(fù)合材料、排布于每層壓電纖維復(fù)合材料上下表面的交叉指形電極5以及與交叉指形電極5相連并位于噴嘴扇瓣I根部的控制模塊。
[0038]所述的雙層壓電纖維復(fù)合材料包括壓電