1.一种合成射流致动器,包括:
气腔,呈具有腔直径和腔高度的圆柱形形状,其中,所述气腔具有基于所述气腔的所述腔直径计算出的气腔四分之一波长谐振频率;
孔口,将所述气腔的内部置于与所述合成射流致动器周围的环境大气流体连通中;以及
第一压电致动器,形成所述气腔的第一圆形壁并且被致动成交替地增大和减少所述气腔的腔容积,以通过所述孔口将空气吸入到所述气腔中以及通过所述孔口将所述空气排出所述气腔,其中,所述第一压电致动器具有与所述气腔四分之一波长谐振频率近似相等的第一致动器谐振频率。
2.根据权利要求1所述的合成射流致动器,其中,使用下列等式计算所述气腔四分之一波长谐振频率:
fc=v/4dc
其中,fc是指一端被封闭的管的所述气腔四分之一波长谐振频率,v是声音在气体中的速度,并且dc是所述气腔的所述腔直径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的合成射流致动器,包括第二压电致动器,所述第二压电致动器形成所述气腔的与所述第一压电致动器和所述第一圆形壁相对的第二圆形壁,并且当所述第一压电致动器增大所述腔容积时,所述第二压电致动器被致动成增大所述腔容积,并且当所述第一压电致动器减少所述腔容积时,所述第二压电致动器被致动成减少所述腔容积,其中,所述第二压电致动器具 有与所述气腔四分之一波长谐振频率近似相等的第二致动器谐振频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的合成射流致动器,其中,所述第一压电致动器包括:
隔膜,具有比所述腔直径大的隔膜尺寸;和
压电圆盘,附接至所述隔膜的表面并且具有在所述腔直径的75%至90%的范围内的压电圆盘直径,其中,所述压电圆盘被致动成交替地增大和减少所述气腔的所述腔容积。
5.根据权利要求4所述的合成射流致动器,其中,所述压电圆盘直径近似等于所述腔直径的82.5%。
6.一种用于优化合成射流致动器的方法,用于满足对所述合成射流致动器的设计的操作要求和物理约束,所述合成射流致动器具有气腔和孔口,所述气腔呈具有腔直径和腔高度的圆柱形形状,所述合成射流致动器进一步包括压电致动器,所述压电致动器被致动成交替地增大和减少所述气腔的腔容积以通过所述孔口分别将空气吸入到所述气腔中以及将所述空气排出所述气腔,用于进行优化的所述方法包括:
基于估测的所述气腔的腔直径计算所述气腔的谐振频率;
使用估测的气腔尺寸和估测的压电致动器尺寸执行所述合成射流致动器的所述气腔与所述压电致动器的耦合模拟;
将来自所述气腔与所述压电致动器的所述耦合模拟的模拟输出数据与所述合成射流致动器的所述操作要求进行比较;并且
响应于确定来自所述耦合模拟的所述模拟输出数据不满足所述合成射流致动器的所述操作要求中的至少一个,来调整估测的所述气腔尺寸和估测的所述压电致动器尺寸中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的用于优化合成射流致动器的方法,其中,计算所述气腔的所述谐振频率包括求解四分之一波长谐振频率等式:
fc=v/4dc
其中,fc是指一端被封闭的管的四分之一波长谐振频率,v是声音在气体中的速度,并且dc是估测的所述气腔的所述腔直径。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的用于优化合成射流致动器的方法,其中,计算所述气腔的所述谐振频率包括利用全部的结构边界处的最大压力条件和全部的孔口处的最小压力条件建立所述气腔的粗糙有限元模型。
9.根据权利要求6或权利要求7或权利要求8所述的用于优化合成射流致动器的方法,包括:在执行所述合成射流致动器的所述气腔与所述压电致动器的所述耦合模拟之前,使用估测的所述压电致动器尺寸执行所述压电致动器的结构模拟并且使用估测的所述气腔尺寸执行所述合成射流致动器的所述气腔的流体模拟和声学模拟。
10.根据权利要求6或权利要求7或权利要求8或权利要求9所述的用于优化合成射流致动器的方法,其中,将来自所述耦合模拟的所述模拟输出数据与所述合成射流致动器的所述操作要求进行比较包括:比较来自所述耦合模拟的通过所述孔口输出的空气的模拟最大输出动量与所述操作要求的所需要的最大输出动量是否至少相等;
其中,调整估测的所述气腔尺寸和估测的所述压电致动器尺寸中的至少一个包括:响应于确定所述模拟最大输出动量小于所需要的最大输出动量而调整所述孔口的孔口长度、孔口宽度以及孔口颈长度中的至少一个,以增大所述模拟最大输出动量;并且
其中,用于进行优化的所述方法包括在调整所述孔口长度、所述孔口宽度以及所述孔口颈长度中的至少一个之后,重新执行所述合成射流致动器的所述气腔与所述压电致动器的所述耦合模拟。
11.根据权利要求10所述的用于优化合成射流致动器的方法,包括:
确定是否能够调整所述孔口长度、所述孔口宽度以及所述孔口颈长度中的至少一个以增大所述模拟最大输出动量,其中,调整估测的所述气腔尺寸和估测的所述压电致动器尺寸中的至少一个包括:响应于确定不能够调整所述孔口长度、所述孔口宽度以及所述孔口颈长度来增大所述模拟最大输出动量,而调整所述气腔的所述腔直径以增大所述模拟最大输出动量;并且
响应于确定不能够调整所述孔口长度、所述孔口宽度以及所述孔口颈长度来增大所述模拟最大输出动量,而在调整所述气腔的所述腔直径之后重新计算所述谐振频率。
12.根据权利要求6或权利要求7或权利要求8或权利要求9或权利要求10所述的用于优化合成射流致动器的方法,其中,调整估测的所述气腔尺寸和估测的所述压电致动器尺寸中的至少一个包括:响应于确定模拟合成射流致动器输出压力小于所需要的合成射流致动器输出压力或者压电致动器谐振频率不等于所述气腔的所述谐振频率来调整所述压电致动器的压电圆盘厚度,并且
其中,用于进行优化的所述方法包括在调整所述压电圆盘厚度之后重新计算估测的所述压电致动器尺寸并且重新执行所述合成射流致动器的所述气腔与所述压电致动器的所述耦合模拟。
13.根据权利要求6或权利要求7或权利要求8或权利要求9或权利要求10或权利要求12所述的用于优化合成射流致动器的方法,包括:设置所述压电致动器的压电圆盘的压电圆盘直径等于所述气腔的所述腔直径的75%至90%的范围内的值。