[发明专利]一种机翼颤振与涡激振动耦合且可调谐式压电俘能器

说明书

一种机翼颤振与涡激振动耦合且可调谐式压电俘能器，属于空气流致振动俘能技术领域，解决现有俘能器适用于单一风速、俘获能量低、难以推广应用的问题。板簧的一端与固支座连接，另一端与支架的一端可调节连接，实现有效工作长度调节，支架的另一端安装有弹性轴，机翼的迎风侧通过弹性轴与支架可调节连接，改变机翼传递到板簧上的气动力和力矩，机翼的尾缘上装有悬臂梁，悬臂梁的自由端连接扰流柱，两个板簧以及悬臂梁上均安装有压电片。本发明可任意调节板簧的有效工作长度和弹性轴与机翼的安装位置，改变机翼颤振发生条件，耦合扰流柱产生的涡激振动，提高了俘能性能和效率；可广泛应用于微型翼型飞行器或复杂多变的风场中进行空气流致振动俘能。

技术领域

本发明涉及一种压电俘能器，具体涉及一种机翼颤振与涡激振动耦合且可调谐式压电俘能器，属于空气流致振动俘能技术领域。

背景技术

微型翼型飞行器在巡航飞行时，其机翼易发生气动弹性振动。当飞行速度超过或接近颤振起始速度时，机翼会发生颤振现象。颤振是一种大振幅-自激励的不稳定现象，蕴含巨大的振动能量，甚至会对飞行器造成破坏。一方面能够利用机翼的气动弹性振动能量进行压电俘能，可为无线传感器等微机电系统持续供能，监测飞行器的工作状况；另一方面也能够利用俘能特性改变或抑制气动弹性振动，从而改善微型翼型飞行器的飞行稳定、控制精度和续航里程。

现有技术中的流致振动俘能多为扰流柱连接悬臂梁组成的单一激励式压电俘能器，其中扰流柱大多为圆柱、三棱柱、四棱柱、D形柱等形状，较少涉及到利用机翼作为阻流体的颤振激励式压电俘能器，也未涉及到机翼颤振与涡激振动耦合式压电俘能器。如文献“V.C.Sousa,M.de M.Anicézio,C.De Marqui Jr,A.Erturk.Enhanced aeroelasticenergy harvesting by exploiting combined nonlinearities:theory and experiment[J].Smart Materials and Structures.2011,20:094007.”中涉及的单一颤振激励式压电俘能器，只能在12m/s以上风速下进行俘能。现有的压电俘能器只适用于单一固定风速下，且激励振动形式单一，在复杂多变风场中，其俘能性能和效率较低。故现有压电俘能器存在难以实际工程推广应用、俘能性能差、激励振动形式单一等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机翼颤振与涡激振动耦合且可调谐式压电俘能器，以解决压电俘能器存在难以实际工程推广应用、俘能性能差、激励振动形式单一的问题。

技术方案如下：

一种机翼颤振与涡激振动耦合且可调谐式压电俘能器包括固支座、机翼、板簧、支架、弹性轴、悬臂梁、扰流柱和压电片；所述固支座上布置有两个板簧，板簧的一端与固支座连接，板簧的另一端与支架的一端可调节连接，实现有效工作长度调节，支架的另一端安装有弹性轴，所述机翼位于上下两个支架之间，机翼的迎风侧通过弹性轴与支架可调节连接，改变机翼传递到板簧上的气动力和力矩，机翼的尾缘上安装有悬臂梁，悬臂梁的自由端连接有扰流柱，所述两个板簧以及悬臂梁上均安装有压电片。

进一步地：所述板簧通过板簧压板和螺栓安装在固支座横梁上，且板簧呈对称上下布置；机翼经弹性轴、支架、键与板簧连接，其中支架与弹性轴、弹性轴与机翼开有键槽，分别通过键连接。

进一步地：所述板簧设有多组板簧安装孔，且支架上开有直槽，选择不同板簧安装孔与支架的安装位置，在设计范围内任意调节板簧在固支座与支架之间的有效工作长度，从而改变机翼颤振发生条件。

进一步地：所述机翼上设有多个弹性轴安装孔，选择不同弹性轴与机翼上弹性轴安装孔的安装位置，改变机翼传递到板簧上的气动力和力矩，从而在设计范围内任意调节机翼颤振发生条件。

进一步地：所述扰流柱包括两个对称结构体，对称结构体相对面的中间开有方形槽，悬臂梁固定在扰流柱中间的方形槽内。