Microgenerador fluidico de chorros sintéticos.

Generador (1, 40, 50) de chorros sintéticos (2) para un flujo principal de fluido,

comprendiendo el generador unacavidad (10, 57) delimitada por una pared fija (13, 51) y por una pared móvil, comprendiendo la pared fija unacamisa (8, 68) y una culata (4, 69) provista de un orificio (14, 58) por el cual es aspirado y eyectado el chorrogenerado de fluido (2) en el flujo principal de fluido, estando la pared móvil enfrente de la culata; comprendiendo elgenerador un pistón (3, 35, 53) rígido que incluye a la pared móvil y que desliza de modo estanco en el interior de lacamisa (8, 68), comprendiendo el generador además un accionador (6) unido mecánicamente al pistón apto paraarrastrar al pistón en un movimiento alternativo que presenta una amplitud y una frecuencia variables, siendo almenos la amplitud variable durante el movimiento, caracterizado por que el accionador comprende un mecanismo deamplificación mecánica de desplazamiento (16, 30).

Microgenerador fluidico de chorros sintéticos Objeto de la invención La invención concierne al ámbito de los microgeneradores destinados al control de un flujo principal de fluido por chorros fluidicos secundarios. El flujo principal de fluido que hay que controlar puede ser por ejemplo un flujo aerodinámico externo como para la hipersustentación de los aviones, el control del temblor de las alas de avión, la resistencia aerodinámica de los automóviles o de los trenes de vehículos ferroviarios. El flujo principal que hay que controlar puede ser igualmente un flujo aerodinámico interno como las entradas de aire de los motores de aeronaves.

El flujo de un fluido alrededor de una estructura es modificado por chorros de fluido secundarios procedentes de agujeros que atraviesan la superficie externa de la estructura. La invención concierne en particular a los generadores de tales chorros secundarios.

Se distinguen dos tipos de generadores de chorros situados en el interior de una estructura. Hay generadores de chorros pulsados unidos a una fuente de fluido independiente del fluido del flujo principal. Hay igualmente generadores de chorros sintéticos, de caudal medio nulo, que extraen del flujo principal el fluido de los chorros secundarios y a continuación le eyectan en el flujo. La invención concierne de modo muy particular a los generadores de chorros sintéticos.

Estado de la técnica

La solicitud FR 859 160 describe especialmente un generador de chorros sintéticos equipado con un accionador piezoeléctrico y con un pistón y que puede ser mandado en frecuencia y en amplitud. Sin embargo, la velocidad de los chorros que pueden ser emitidos puede ser limitada.

La solicitud de patente US2010/0044459 describe varios generadores de chorros sintéticos que utilizan una capa de apilamiento de células piezoeléctricas repartidas en un lado de una membrana mecánica que delimita una cavidad de aire. Cuando las células son activadas, la capa piezoeléctrica se contrae o se dilata. Esto fuerza a la membrana a abombarse. El volumen de la cavidad resulta así reducido y un chorro de aire es expulsado de la cavidad por un orificio. El efecto piezoeléctrico presenta la ventaja de transformar simplemente una tensión eléctrica en deformación mecánica. Sin embargo, tales generadores de chorros sintéticos presentan varios inconvenientes que limitan sus aplicaciones. El desplazamiento generado por las células piezoeléctricas es solamente de algunas micras. La deformación de la membrana solo es significativa si la capa piezoeléctrica es excitada a la frecuencia propia de vibración de la membrana metálica. Una vez entrada en resonancia la membrana, es difícil actuar sobre la tensión de excitación de la capa piezoeléctrica para hacer variar la amplitud de la deformación de la membrana.

Fuera de la frecuencia propia de resonancia de la membrana, la deformación de la membrana obtenida por la capa piezoeléctrica es muy reducida de modo que la velocidad del chorro de aire generado es poco utilizable. Cuando se quiere controlar un flujo principal a lo largo de una estructura y se quiere hacer variar la frecuencia de los chorros sintéticos generados, la tecnología de generador descrita en el documento antes citado impone accionar otro generador cuya membrana resuene a la frecuencia deseada.

Además, el accionador descrito presenta una cavidad que tiene un volumen muerto importante que se comporta como un atenuador del chorro generado. Por ejemplo, una variación del volumen de la cavidad de X mm3 debida a la deformación de la membrana genera un aumento de la presión y, solo una proporción de estos X mm3 es eyectada de la cavidad en forma de chorros sintéticos.

El artículo « a High-speed compressible synthetic jet » de T.M. Crittenden & al., Physic of fluids 18, 017107 (2006) describe un generador de chorros sintéticos en el que la amplitud de velocidad del fluido inyectado está fijada para una frecuencia dada del chorro. Esto presenta el inconveniente de no poder adaptar la intensidad de la velocidad del chorro en función de la perturbación del flujo principal.

Problema técnico resuelto por la invención La invención propone un generador de chorros sintéticos y un dispositivo de control de un flujo fluidico utilizando tales generadores, que pongan remedio al menos a uno de los inconvenientes antes citados.

Un objetivo de la invención es ampliar la gama de utilización de los generadores de chorros sintéticos, permitiendo especialmente mandar de manera separada la frecuencia de los chorros y la amplitud de las velocidades de los chorros.

Descripción detallada de la invención De acuerdo con un modo de realización, el generador de chorros sintéticos comprende una cavidad delimitada por una pared fija y una pared móvil. La pared fija comprende una camisa y una culata provista de un orificio por el cual es aspirado y eyectado el chorro generado de fluido en el flujo principal de fluido. La pared móvil está enfrente de la culata. El generador comprende un pistón rígido que incluye la pared móvil y que desliza de modo estanco en el interior de la camisa. El generador comprende además un accionador unido mecánicamente al pistón apto para arrastrar al pistón en un movimiento alternativo que presenta una amplitud y una frecuencia, siendo el accionador apto para facilitar un movimiento de amplitud y de frecuencia variables, siendo al menos la amplitud variable durante el movimiento. El accionador comprende un mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento.

Se comprende que la amplificación de desplazamiento permite disponer de una amplitud significativa de variación de volumen de la cavidad. El hecho de que esto se obtenga por un mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento y no por resonancia propia del accionador permite disponer de esta amplitud significativa para frecuencias fuera de la frecuencia de resonancia mecánica del accionador.

Además, el hecho de que la pared móvil esté incluida en un pistón rígido hace que la frecuencia propia de resonancia en la dirección de deslizamiento de la pared esté muy por encima de la gama de frecuencia de los chorros que hay que eyectar. Así, la impedancia mecánica que ve el accionador es sensiblemente constante o de variación lenta cualquiera que sea la frecuencia de mando del accionador. Dicho de otro modo, la pared móvil no se comporta como un filtro de frecuencia y el generador puede ser utilizado en una gama de frecuencia más amplia. Finalmente, el mando en amplitud del accionador generará una variación de amplitud de la velocidad de los chorros de aire generados, lo que no era el caso de los accionadores de membrana resonante.

De acuerdo con un modo de realización, el accionador comprende una barra piezoeléctrica.

Ventajosamente, el mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento comprende una estructura mecánica deformable, empalmada a, y distinta de, la barra piezoeléctrica, estando dispuesta la citada estructura en el generador de manera que una variación de longitud de la barra piezoeléctrica deforma la estructura mecánica y provoca el desplazamiento del pistón.

Ventajosamente, la barra piezoeléctrica presenta un apilamiento de células piezoeléctricas montadas en serie a lo largo de un eje de la barra que pasa por dos extremidades opuestas de la barra. El hecho de que las células piezoeléctricas estén dispuestas en serie permite multiplicar por el número de células la variación de longitud de la barra piezoeléctrica activando simultáneamente todas las células piezoeléctricas. Así, la variación de espesor de algunas micras de cada célula piezoeléctrica puede generar una variación de longitud de la barra piezoeléctrica de algunas decenas, incluso algunas centenas de micras. Se puede así obtener un desplazamiento importante de las extremidades de la barra al tiempo que se aprovecha la aptitud de los accionadores piezoeléctricos para ser mandados a alta frecuencia, por ejemplo superior a 1 kHz. Sin embargo, aumentar la amplitud de desplazamiento únicamente aumentando el número de células apiladas conduciría a aumentar el volumen del generador de manera incompatible con la aplicación considerada. Se desea, en efecto, poder disponer de tales generadores en la pared de un flujo principal de fluido. Es necesario que estos generadores se mantengan integrables en la pared que delimita este flujo principal. El accionamiento facilitado por un sistema piezoeléctrico está generalmente más limitado por su pequeño desplazamiento que por el esfuerzo generado. Gracias a este mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento, se aumenta el desplazamiento del pistón sin aumentar significativamente el volumen del generador. Se obtienen... [Seguir leyendo]

1. Generador (1, 40, 50) de chorros sintéticos (2) para un flujo principal de fluido, comprendiendo el generador una cavidad (10, 57) delimitada por una pared fija (13, 51) y por una pared móvil, comprendiendo la pared fija una camisa (8, 68) y una culata (4, 69) provista de un orificio (14, 58) por el cual es aspirado y eyectado el chorro generado de fluido (2) en el flujo principal de fluido, estando la pared móvil enfrente de la culata; comprendiendo el generador un pistón (3, 35, 53) rígido que incluye a la pared móvil y que desliza de modo estanco en el interior de la camisa (8, 68) , comprendiendo el generador además un accionador (6) unido mecánicamente al pistón apto para arrastrar al pistón en un movimiento alternativo que presenta una amplitud y una frecuencia variables, siendo al menos la amplitud variable durante el movimiento, caracterizado por que el accionador comprende un mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento (16, 30) .

2. Generador de acuerdo con la reivindicación 1, que presenta una gama de frecuencia de los chorros generados y en el cual el accionador presenta una frecuencia propia de resonancia en la dirección (7) de deslizamiento del pistón (5, 35) superior a la citada gama de frecuencia de los chorros generados.

3. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el accionador comprende una barra piezoeléctrica (15) .

4. Generador de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la barra piezoeléctrica es alargada según un eje (19) sensiblemente perpendicular a la dirección (7) de deslizamiento del pistón (5, 35) .

5. Generador de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, en el cual el mecanismo de amplificación mecánica de desplazamiento comprende una estructura (16, 30a, 30b) mecánica deformable, empalmada a, y distinta de, la barra piezoeléctrica (15) , estando dispuesta la citada estructura en el interior del generador de manera que una variación de longitud de la barra piezoeléctrica deforma la estructura mecánica y provoca el desplazamiento del pistón.

6. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el accionador (6) está unido mecánicamente a un punto de empalme (60) del pistón (53) por un medio de empalme (61) que presenta al menos una dirección de rigidez a lo largo de la cual el medio de empalme es apto para transmitir un esfuerzo y un desplazamiento del accionador (6) y que es móvil según una dirección transversal a la dirección de rigidez.

7. Generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual el pistón (5, 53) es móvil en traslación, paralelamente al desplazamiento del citado punto de empalme, o es móvil en rotación alrededor de un eje (54) transversal al desplazamiento del citado punto de empalme (60) y a distancia de este punto.

8. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un medio de guía (56) del deslizamiento del pistón (53) en el interior de la camisa (68) , cuyo medio es distinto de la propia camisa (68) .

9. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el pistón presenta una superficie de estanqueidad (59) que se extiende enfrente de una zona de deslizamiento (9, 55a) de la camisa (68) , estando provista la superficie de estanqueidad o la zona de deslizamiento de al menos una garganta (65) que constituye una pérdida de carga que se opone a un flujo del fluido entre la superficie de estanqueidad (59) y la zona de deslizamiento (55a) .

10. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende una junta (23) elastómera anular que presenta un borde radialmente interior fijado al contorno del pistón (5) y un borde radialmente exterior fijado a la pared fija (13) .

11. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el cual la cavidad (10, 57) presenta un volumen que varía entre un volumen muerto y un volumen máximo en función de la posición del pistón (5, 35, 53) , y en el cual el volumen muerto es inferior o igual a la mitad del volumen máximo, preferentemente inferior a la quinta parte del volumen máximo, en particular inferior a la décima parte del volumen máximo.

12. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un dispositivo de servocontrol (20) del accionador unido a un medio de recepción (22) de una consigna de velocidad de chorro y de frecuencia, y unido a un sensor de desplazamiento del pistón (5, 35) .

13. Generador de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual el accionador comprende cuatro brazos (16a, 16b, 16c, 16d) empalmados sucesivamente uno a otro por cuatro puntos de empalme para formar conjuntamente un bucle cerrado, estando empalmados los citados sucesivos puntos de empalme respectivamente a la pared fija (13) , a una de las extremidades de la barra piezoeléctrica (15) , al pistón (5) , y a la otra extremidad de la barra piezoeléctrica (15) , y en el cual el dispositivo de servocontrol está unido a la alimentación eléctrica (18) de la barra piezoeléctrica (15) , comprendiendo el sensor de desplazamiento del pistón un puente de galgas (21a, 21b, 21c, 21d) dispuestas en los brazos (16a, 16b, 16c, 16d) en bucle.

14. Generador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un primer mecanismo gobernado en frecuencia y/o en amplitud, montado en serie con un segundo mecanismo gobernado solamente en amplitud.

15. Microgenerador fluidico por chorros sintéticos que comprende una pared principal a lo largo de la cual fluye un fluido y que comprende un generador (1, 40, 50) de chorros sintéticos (2) de acuerdo con una cualquiera de la reivindicaciones precedentes, en el cual el orificio (14) atraviesa la pared principal y une la cavidad (10) al flujo de fluido, y en el cual la cavidad (10) se llena de este mismo fluido.