КОНСТРУКЦИЯ ВНЕШНЕГО КОНТУРА ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО БИМОРФНОГО ДИСКА И СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЕГО РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК Российский патент 2018 года по МПК H01L41/83 H01L41/09 H01L41/27 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к пьезоэлектрическим актюаторам, в частности к пьезоэлектрическим актюаторам для генераторов синтетических струй и других устройств, имеющих ортотропные пьезоэлектрические биморфные элементы со свойствами наружного кольца, управляемыми для улучшения рабочих характеристик генератора синтетических струй.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы технологию активного управления потоком использовали для улучшения аэродинамической эффективности машин, в которых воздушный поток протекает поверх заданной поверхности, например транспортных средств, таких как самолеты. Нежелательные потоки текучей среды, создаваемые поверх аэродинамических поверхностей, могут вызывать бафтинг и усталость обтекаемых ими конструкций, при этом эти потоки также могут влиять на эффективность вследствие увеличения лобового сопротивления или сопротивления движению на указанной поверхности. В одном из вариантов активного управления потоком струи воздуха прогоняют по пути протекания нежелательных потоков текущей среды с обеспечением смешивания с этими потоками и вызывают более плавное протекание воздуха поверх аэродинамических поверхностей, а также уменьшение лобового сопротивления и сопротивления движению на указанных поверхностях. В большинстве случаев такое активное управление потоком может быть реализовано в существующих конструкциях транспортных средств без необходимости внесения каких-либо существенных изменений, что непосредственно уменьшает затраты на эксплуатацию транспортного средства или иной машины.

Одним из устройств для создания струй воздуха при активном управлении потоком является генератор синтетических струй, который формирует струйный поток путем перемещения воздуха назад и вперед через небольшое отверстие указанного устройства. Генераторы синтетических струй обычно имеют корпус в форме полой коробки или цилиндра с находящейся в нем резонансной камерой и отверстие или сопловое отверстие в одной из таких стенок как боковая стенка и торцевая стенка. По меньшей мере одна стенка генератора синтетических струй образована из гибкой мембраны, которая может совершать отклонение по направлению внутрь и наружу для поочередного уменьшения и увеличения объема в резонансной камере, а также для выпуска и всасывания воздуха через отверстие. Отклонение мембраны может быть вызвано пьезоэлектрическим актюатором, который реагирует на приложенное электрическое поле. Пьезоэлектрический актюатор может содержать один или более пьезокерамических дисков, прикрепленных к мембране.

Для каждого пьезокерамического диска электроды прикрепляют к противоположным плоским поверхностям диска для приложения электрического поля по всей толщине пластины. Благодаря обратному пьезоэлектрическому эффекту приложенное электрическое поле вызывает возникновение напряженностей и механической деформации по всей толщине пластины, при этом соответствующие напряженности и механическая деформация возникают в плоскости пластины вследствие эффекта Пуассона. Внутриплоскостная деформация пластины создает моменты изгиба на мембране и отклонение этой мембраны относительно резонансной камеры. Изменение полярностей электрических полей в пластинах вызывает попеременное сжатия и удлинение этих пластин. Изменение электрического поля при высокой частоте вызывает быструю вибрацию мембраны и создание высокоскоростного потока через отверстие генератора синтетических струй.

На рынке в настоящее время доступны две топологии актюатора. В первой топологии или униморфной топологии одиночная пьезокерамическая пластина прикреплена к металлической подложке, проходящей с обеспечением формирования пассивного наружного кольца. Металлическая подложка обеспечивает пассивную конструкцию для вступления в реакцию с пьезоэлектрически возбуждаемым напряжением, которое изгибает униморфный элемент. Униморфная топология имеет меньшую эффективность, поскольку существенное количество энергии пьезоэлектрически возбуждаемого напряжения используют для изгибания негибкой металлической подложки униморфного элемента, а следовательно эта энергия оказывается недоступной для осуществления работы по выработке порывов воздуха из генератора синтетических струй. Вторая топология или биморф предусматривает связывание двух пьезокерамических пластин друг с другом тонким слоем смолы и материала Каптона^®. Наружная поверхность соединенных посредством связующего пластин оказывается заключенной в материал Каптон^® с обеспечением герметизации. Пассивное внешнее кольцо образовано путем добавления наполнителя между наружными кромками пьезокерамических пластин и внешним диаметром биморфного актюатора и обеспечения постоянной толщины во всем устройстве.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов настоящего изобретения предложен биморфный дисковый актюатор. Биморфный дисковый актюатор содержит подложку, выполненную из композитного материала для подложки и имеющую первую поверхность подложки и вторую поверхность подложки, первый пьезокерамический диск, жестко соединенный с первой поверхностью подложки, второй пьезокерамический диск, жестко соединенный со второй поверхностью подложки, и первое композитное кольцо, выполненное из материала для первого композитного кольца, жестко соединенное с первой поверхностью подложки и окружающее первый пьезокерамический диск.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ получения биморфного дискового актюатора. Согласно способу жестко соединяют первый пьезокерамический диск с первой поверхностью подложки, выполненной из композитного материала для подложки, жестко соединяют второй пьезокерамический диск со второй поверхностью подложки, устанавливают первое композитное кольцо, выполненное из композитного материала для первого кольца, вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки, закрывают устройство для получения актюатора первой формовочной частью, обращенной к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним, и второй формовочной части, обращенной ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним, и прикладывают, посредством первой формовочной части и второй формовочной части, по меньшей мере одного из давления и тепла к первому композитному кольцу для его жесткого соединения с первой поверхностью подложки.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложено устройство для получения актюатора для получения биморфного дискового актюатора. Биморфный диск содержит подложку, первый пьезокерамический диск, жестко соединенный с первой поверхностью подложки, второй пьезокерамический диск, жестко соединенный со второй поверхностью подложки, и первое композитное кольцо, установленное вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки. Устройство для получения актюатора содержит первую формовочную часть, имеющую первую плоскую поверхность формования, обращенную к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе, вторую формовочную часть, имеющую вторую плоскую поверхность формования, обращенную ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе, и первое разделительное кольцо, установленное вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первым композитным кольцом, если толщина первого композитного кольца меньше толщины диска.

Дополнительные аспекты настоящего изобретения определены в формуле изобретения в данном документе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На ФИГ. 1 показан изометрический вид генератора синтетических струй, в котором может быть реализован пьезоэлектрический биморфный дисковый актюатор в соответствии с настоящим изобретением.

На ФИГ. 2 показан вид генератора синтетических струй по ФИГ. 1 в разрезе, выполненном по линии 2-2, при этом биморфный дисковый актюатор находится в нейтральном положении.

На ФИГ. 3 показан вид в разрезе биморфного дискового актюатора генератора синтетических струй, показанного на ФИГ. 1.

На ФИГ. 4 показан покомпонентный вид в разрезе биморфного дискового актюатора генератора синтетических струй, показанного на ФИГ. 1.

На ФИГ. 5 показан вид в разрезе генератора синтетических струй, показанного на ФИГ. 2, при этом биморфный дисковый актюатор отклонен по направлению наружу и засасывает воздух в резонансную камеру через отверстие генератора синтетических струй.

На ФИГ. 6 показан вид в разрезе генератора синтетических струй, показанного на ФИГ. 2, при этом биморфный дисковый актюатор отклонен по направлению внутрь и выпускает воздух из резонансной камеры через отверстие генератора синтетических струй.

На ФИГ. 7 показан вид в разрезе биморфного дискового актюатора генератора синтетических струй, показанного на ФИГ. 1, и устройство для изготовления биморфного дискового актюатора.

На ФИГ. 8 показана блок-схема способа изготовления актюатора в соответствии с настоящим изобретением для получения биморфного дискового актюатора, показанного на ФИГ. 3.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На ФИГ. 1 показан пример устройства в форме генератора 10 синтетических струй, в котором может быть реализован один из вариантов реализации модифицированной биморфной топологии, имеющей пьезоэлектрический биморфный дисковый актюатор 12 в соответствии с настоящим изобретением. При использовании конструкции, описанной в данном документе, биморфный дисковый актюатор 12 изготавливают из стандартных пьезокерамических дисков, однако он может быть приспособлен для обеспечения приведения его в соответствие с конкретными эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к множеству различных генераторов 10 синтетических струй, путем регулировки размеров и свойств материала пассивного наружного кольца биморфного дискового актюатора 12. Иллюстративный генератор 10 синтетических струй имеет форму полого цилиндра, однако генераторы синтетических струй, известные в уровне техники, могут иметь форму прямоугольных параллелепипедов или иные подходящие формы, подходящие для обеспечения необходимых характеристик воздушного потока. Генератор 10 синтетических струй имеет наружный корпус 14, задающий находящуюся в нем резонансную камеру 16, имеющую внутренний диаметр ID_C резонансной камеры. В цилиндрической боковой стенке 20 корпуса 14 генератора синтетических струй образовано отверстие 18, предназначенное для обеспечения сообщения резонансной камеры 16 посредством текучей среды с внешней средой, окружающей генератор 10 синтетических струй. По меньшей мере одна торцевая стенка корпуса 14 генератора синтетических струй образована биморфным дисковым актюатором 12, содержащим материал для создания мембраны или перегородки 22, которая может вибрировать для изменения объема резонансной камеры 16 для направления воздуха, который следует попеременно выпускать из отверстия 18 и всасывать в это отверстие 18. Перегородка 22 может быть образована из одного или более слоев гибкого композитного материала, которые могут иметь свои размеры и свои свойства материала, регулируемые согласно приведенному ниже описанию для получения необходимых эксплуатационных характеристик конкретной реализации биморфного дискового актюатора 12.

Биморфный дисковый актюатор 12 может быть функционально соединен с боковой стенкой 20 с обеспечением создания моментов изгиба, которые вызывают отклонение перегородки 22 внутрь резонансной камеры 16 и из нее по направлению наружу согласно приведенному ниже описанию. На ФИГ. 2 показан вид в разрезе генератора 10 синтетических струй, на ФИГ. 3 показан вид в разрезе биморфного дискового актюатора 12, отделенного от генератора 10 синтетических струй, а на ФИГ. 4 показан покомпонентный вид, иллюстрирующий вид в разрезе компонент отделенного биморфного дискового актюатора 12. Приведенное ниже описание соответствует сразу ФИГ. 2-4, при этом по мере необходимости будет приведено описание, касающееся одного из этих чертежей. Биморфный дисковый актюатор 12 содержит гибкую подложку 24, формирующую основание для биморфного дискового актюатора 12, в частности для перегородки 22. Подложка 24 размещена между первым плоским пьезокерамическим диском 26 и вторым плоским пьезокерамическим диском 28. Первый пьезокерамический диск 26 жестко скреплен с первой поверхностью 30 подложки, а второй пьезокерамический диск 28 жестко скреплен со второй поверхностью 32 подложки, причем пьезокерамические диски 26, 28 в целом концентрически выравнены с подложкой 24. Каждый из пьезокерамических дисков 26, 28 имеет толщину t_D диска и внешний диаметр OD_D диска. Подложка 24 проходит по направлению наружу за пределы кромок пьезокерамических дисков 26, 28 и имеет внешний диаметр OD_S подложки, превышающий внешний диаметр OD_D диска и превышающий внутренний диаметр ID_C резонансной камеры, так что подложка 24 нависает над боковой стенкой 20 корпуса 14 генератора синтетических струй.

Подложка 24, представляющая собой гибкую круглую мембрану, может быть образована из композитного материала, такого как смола с внедренным в нее стеклом, волокном, углеродным материалом или иным подходящим материалом. Подложка 24 выполнена максимально тонкой, а также имеет толщину t_S подложки. Тонкость будет вызывать наличие у подложки 24 небольшой, но заметной жесткости D_S подложки, которая может быть изменена путем регулировки коэффициента заполнения, характеризующего отношение внедряемого материала, вделанного в смолу, к окружающей его смоле, для достижения необходимого модуля E_S упругости подложки. Пьезокерамические диски 26, 28 могут быть образованы из подходящего пьезоэлектрического материала, такого как кварц, цирконат-титанат свинца (PZT), или иного синтетического пьезоэлектрического керамического материала или кристаллов, а также могут иметь известные модуль E_D упругости диска и коэффициент γ_D Пуассона диска. В дополнение к постоянному внешнему диаметру OD_D диска постоянной может быть и толщина t_D диска пьезокерамических дисков 26, 28. Однако предполагается, что конкретные реализации могут обуславливать наличие у пьезокерамических дисков 26, 28 различных значений толщины t_D диска. Жесткость D_D при изгибе диска в пьезокерамических дисках 26, 28 может быть рассчитана с использованием модуля E_D упругости диска, толщины t_D диска и коэффициента γ_D Пуассона диска способом, известным в уровне техники.

В показанном варианте реализации жесткость D_A биморфного дискового актюатора 12 изменяют путем прикрепления первого композитного кольца 34 к первой поверхности 30 подложки в области, выходящей за пределы пьезокерамических дисков 26, 28, а также по мере необходимости путем прикрепления второго композитного кольца 36 ко второй поверхности 32 подложки в той же самой области. Композитные кольца 34, 36 могут быть образованы аналогично подложке 24 из гибких материалов, таких как смола с внедренным в нее стеклом, волокном, углеродным материалом или иными подходящими материалами. Композитные кольца 34, 36 выполнены с возможностью посадки поверх соответствующих пьезокерамических дисков 26, 28 или вокруг них. Композитные кольца 34, 36 имеют внутренний диаметр ID_CR композитного кольца, превышающий внешний диаметр OD_D диска. Кроме того, композитные кольца 34, 36 имеют внешний диаметр OD_CR композитного кольца, превышающий внутренний диаметр ID_C резонансной камеры и приблизительно равный внешнему диаметру OD_S подложки, так что композитные кольца 34, 36 также нависают над боковой стенкой 20. При использовании такой нависающей конфигурации одно из композитных колец 34, 36, а именно второе композитное кольцо 36 в настоящем примере, прикреплено к боковой стенке 20 таким образом, что биморфный дисковый актюатор 12 образует торцевую стенку генератора 10 синтетических струй, как показано на ФИГ. 2.

Первое композитное кольцо 34 имеет толщину t_1CR первого композитного кольца, а второе композитное кольцо 36 имеет толщину t_2CR второго композитного кольца, которая может быть равна толщине t_1CR первого композитного кольца или может отличаться от нее в зависимости от реализации биморфного дискового актюатора 12 для обеспечения соответствия эксплуатационным требованиям, предъявляемым к генератору 10 синтетических струй. Однако в целом значения толщины t_1CR, t_2CR композитных колец будут меньше толщины t_D диска или будут равны ей, в связи с чем композитные кольца 34, 36 не отходят соответственно от поверхностей 30, 32 подложек дальше пьезокерамических дисков 26, 28. Максимальная толщина биморфного дискового актюатора 12, равная двум толщинам t_D диска плюс толщина t_S подложки, превышает сумму значений толщины t_1CR, t_2CR композитных колец плюс толщина t_S подложки.

Для каждого пьезокерамического диска 26, 28 электроды размещены на противоположных плоских поверхностях пьезокерамических дисков 26, 28 для приложения напряжений по всей толщине t_D пьезокерамических дисков 26, 28 для создания поперечных напряженностей в пьезокерамических дисках 26, 28. Поперечные напряженности вызывают внеплоскостную деформацию пьезокерамических дисков 26, 28 в Z-направлении, что в результате приводит к созданию внутриплоскостных напряженностей и соответствующих деформаций в Х-направлении и Y-направлении в соответствии с коэффициентом γ_D Пуассона для пьезокерамического материала. Пьезокерамический материал, образующий пьезокерамические диски 26, 28, имеет изотропические характеристики или квази- изотропические характеристики, так что пьезокерамические диски 26, 28 постоянно реагируют во внутриплоскостных направлениях. Внутриплоскостные деформации пьезокерамических дисков 26, 28 создают моменты изгиба на перегородке 22 благодаря жесткому соединению между пьезокерамическими дисками 26, 28 и подложкой 24. Сопротивление внутриплоскостному удлинению и сжатию пьезокерамических дисков 26, 28 на границе раздела в результате приводит к отклонению перегородки 22 с обеспечением изменения объема в резонансной камере 16, как показано на ФИГ. 5 и 6. На ФИГ. 5 напряжение, приложенное электродами через первый пьезокерамический диск 26, вызывает расширение первого пьезокерамического диска 26 и создание им момента изгиба, что вызывает отклонение перегородки 22 по направлению наружу. В то же самое время напряжение, приложенное электродами через второй пьезокерамический диск 28, вызывает сжатие второго пьезокерамического диска 28 и создание им момента изгиба, что также вызывает отклонение перегородки 22 по направлению наружу и, соответственно, увеличивает объем в резонансной камере 16 и засасывает воздух через отверстие 18. При изменении полярности напряжений в пьезокерамических дисках 26, 28 на противоположную происходит изменение моментов изгиба на перегородке 22 на противоположные, а также отклонение перегородки 22 по направлению внутрь с обеспечением уменьшения объема в резонансной камере 16 и выпуска воздушной струи через отверстие 18, как показано на ФИГ. 6.

Что касается пьезокерамических актюаторов, таких как биморфный дисковый актюатор 12, показанный и описанный выше, для надлежащего функционирования генератора 10 синтетических струй в заданной реализации имеются рабочие характеристики способа работы биморфного дискового актюатора 12. Основные показатели эффективности содержат свободное или нулевое смещение при нагрузке, блокируемое усилие или максимальное усилие, созданное биморфным дисковым актюатором 12, а также резонансную частоту первого тона. В биморфном дисковом актюаторе 12 пьезокерамические диски 26, 28 и часть подложки 24, к которой их прикрепляют, образуют активный центр биморфного дискового актюатора 12. Часть подложки 24 и соответствующие части композитных колец 34, 36, при наличии таковых, выходящие за пределы кромок пьезокерамических дисков 26, 28 с боковой стенкой 20, составляют пассивное круглое кольцо, которое реагирует на моменты изгиба, создаваемые активным центром. На основные показатели эффективности сильно влияют значения жесткости пассивного кольца и отношение активного диаметра активного центра к внешнему диаметру или пассивному диаметру пассивного кругового кольца. Например, по мере увеличения жесткости пассивного кругового кольца и соответственно увеличения общей жесткости биморфного дискового актюатора 12 будет уменьшаться смещение, вызванное заданным приложенным напряжением, однако будут увеличиваться резонансная частота и блокируемое усилие. И наоборот, когда жесткость уменьшается, смещение будет увеличиваться для одного и того же приложенного напряжения, однако будут уменьшаться резонансная частота и блокируемое усилие.

Конкретные эксплуатационные требования, предъявляемые к генератору 10 синтетических струй, в котором реализован биморфный дисковый актюатор 12, будут обуславливать значения, необходимые для обеспечения показателей эффективности. При использовании современных пьезоэлектрических актюаторов соответствие требованиям, предъявляемых к генератору синтетических струй, обеспечивают путем выбора различных размеров и значений толщины пьезокерамических дисков 26, 28 и регулировки соотношения между активным диаметром и пассивным диаметром. Изменение размера и толщины пьезокерамических дисков 26, 28 ограничено доступностью пьезокерамических дисков различных размеров, а также требует изменений напряжения усилителя мощности, подаваемого на электроды. Кроме того, изменение соотношения между активным диаметром и пассивным диаметром воздействует на резонансную частоту первого тона и блокируемое усилие. По этим причинам соответствие требованиям, предъявляемым к генератору синтетических струй, обеспечивают для биморфных дисковых актюаторов 12 в соответствии с настоящим изобретением путем регулировки жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец 34, 36.

При изменении жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец 34, 36 для достижения наибольшей жесткости актюатора, которая будет обеспечивать необходимые технические характеристики со стороны биморфного дискового актюатора 12, стандартные пьезокерамические диски 26, 28 и стандартная подложка 24 могут быть использованы во всех реализациях без изменения отношения активного диаметра (то есть, внешнего диаметра OD_D диска) к пассивному диаметру (то есть, внутреннему диаметру ID_C резонансной камеры) в биморфном дисковом актюаторе 12. Жесткость D различных компонентов биморфного дискового актюатора 12 может быть определена на основании толщины t компонентов, а модуль Е упругости и коэффициент γ Пуассона для материала определяют следующим образом:

Специалистам в данной области техники будет понятно, что видоизменения формулы (1) будут необходимы на основании геометрических размеров конкретного компонента, а общая жесткость D различных компонентов может быть улучшена с использованием теории слоистых пластин. Вне зависимости от формы формула (1) иллюстрирует наличие прямой взаимосвязи между модулем Е упругости материала и толщиной t компонента, а также жесткостью D компонента.

При использовании стратегии обеспечения соответствия требованиям в соответствии с настоящим изобретением у конструктора генератора 10 синтетических струй и биморфного дискового актюатора 12 имеется по меньшей мере три варианта для изменения значений жесткостей D_1CR, D_2CR композитных колец 34, 36 для достижения эксплуатационных требований: 1) изменение внедряемого материала; 2) изменение коэффициента заполнения, характеризующего отношение внедряемого материала к смоле; и 3) изменение значений толщины t_1CR, t_2CR композитных колец 34, 36. В первом конструктивном варианте может быть выбран внедряемый материал, который будет достигать необходимых значений модулей E_1CR, E_2CR композитных колец, которые будут придавать необходимые значения жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец на основании формулы (1). Смола имеет модуль Ее упругости, составляющий приблизительно 5 ГПа и задающий минимальное значение для модулей упругости E_1CR, E_2CR композитных колец. Возможными вариантами внедряемого материала являются стекловолокно с модулем E_FG упругости в диапазоне приблизительно 20-50 ГПа, углеродный материал с модулем Ее упругости в диапазоне приблизительно 30-50 ГПа, а также стекло с модулем E_G упругости в диапазоне приблизительно 50-90 ГПа. Кроме того, могут быть предусмотрены и другие потенциальные внедряемые материалы, имеющие другие значения модулей Е упругости. На основании этих значений для равных коэффициентов заполнения внедряемого материала стекловолокно могло бы обеспечить наименьшие значения модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец, стекло могло бы обеспечить наибольшие значения модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец, а углеродный материал мог бы обеспечить промежуточные значения модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец, находящиеся между вышеуказанными наименьшим и наибольшим значениями модуля упругости. Некоторые реализации могут требовать большие значения модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и соответственно большие значения жесткостей D_1CR, D_2CR композитных колец по сравнению с указанными значениями, которые можно достичь при использовании стекловолокна, при этом другие реализации могут требовать достаточно низкие значения модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и соответственно значения жесткостей D_1CR, D_2CR композитных колец, то есть использование стекла в качестве внедряемого материала является непрактичным. В иных случаях предполагается, что использование смеси из двух или более внедряемых материалов, имеющих различные модули Е упругости, может обеспечить оптимальное решение для достижения необходимых значений модулей E_1CR, E_2CR композитных колец и значений жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец в соответствии с настоящим изобретением.

Во втором варианте конструкции, в котором конкретный внедряемый материал имеется в распоряжении или является предпочтительным для использования в композитных кольцах 34, 36, или представляет собой исключительно материал, который может быть использован для обеспечения соответствия эксплуатационным требованиям, модули E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец могут быть отрегулированы для их приведения в соответствие с заданными требованиями путем увеличения или уменьшения коэффициента заполнения, характеризующего отношение внедряемого материала к смоле. Для специалиста в данной области техники очевидно, что увеличение количества внедряемого материала с большим модулем Е упругости и соответственно уменьшение смолы с меньшим модулем E_E упругости увеличит модули E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец и наоборот. Следовательно, тот же самый внедряемый материал может быть использован для создания биморфных дисковых актюаторов 12, отрегулированных для обеспечения соответствия множеству различных эксплуатационных требований, предъявляемых к генератору синтетических струй.

В третьем варианте конструкции внедряемый материал и коэффициент заполнения могут сохраняться на постоянном уровне при увеличении или уменьшении значений толщины t_1CR, t_2CR композитных колец, по мере такой необходимости, для настройки модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и жесткостей D_1CR, D_2CR композитных колец. Значения толщины t_1CR, t_2CR композитных колец могут быть уменьшены до минимально необходимых значений толщины, применяемых для изготовления композитных колец 34, 36 с выбранным внедряемым материалом. Если модули E_1CR, E_2CR упругости композитных колец необходимо дополнительно уменьшить, внедряемый материал может быть заменен на материал с низким модулем Е упругости или коэффициент заполнения может быть уменьшен для снижения значений модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец до необходимого уровня, когда значения толщины t_1CR, t_2CR композитных колец равны минимальным значениям толщины или превышают эти минимальные значения толщины. На противоположном конце значения толщины t_1CR, t_2CR композитных колец будут иметь верхний предельный уровень, равный толщине t_D диска, в связи с чем композитные кольца 34, 36 не выходят за пределы наружных поверхностей пьезокерамических дисков 26, 28. В данном случае модули E_1CR, E_2CR упругости композитных колец могут быть увеличены путем замены на внедряемый материал с большим модулем Е упругости или путем увеличения коэффициента заполнения внедряемого материала по мере такой возможности.

Данный пример также демонстрирует, что эти три варианта конструкции не являются взаимно исключающими. Любые два или все три варианта могут быть использованы в сочетании в оптимальных соотношениях для достижения значений модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец и значений жесткости D_1CR, D_2CR композитных колец, необходимых для приведения биморфного дискового актюатора 12 в соответствие с конструктивными требованиями, предъявляемыми к одной из конкретных реализаций. Кроме того, следует отметить, что нет необходимости в равных значениях толщины t_1CR, t_2CR композитных колец, а также в равных значениях модулей E_1CR, E_2CR упругости композитных колец или в формировании композитных колец 34, 36 с использованием того же самого внедряемого материала или того же самого коэффициента заполнения. Основное требование к конструкции заключается в том, что полностью собранный биморфный дисковый актюатор 12 должен быть приведен в соответствие с эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к конкретной реализации.

Изменчивость значений толщины t_1CR, t_2CR композитных колец отражает уникальные проблемы изготовления биморфного дискового актюатора 12. Известные актюаторы, имеющие униморфную топологию, имели известные отличия по толщине между активной областью с пьезокерамическим диском или пьезокерамическими дисками и пассивной областью с перегородкой. Кроме того, униморфные актюаторы не требуют прикрепления колец или иных конструкций на поверхностях в пассивных областях перегородки. Только пьезокерамический диск или пьезокерамические диски соответственно прикреплен или прикреплены к перегородке. В актюаторах с биморфной топологией смола или иной наполняющий материал, образующий пассивную область, окружающую пьезокерамические диски, имеет заданную толщину, что обеспечивает нахождение пассивной области на одном уровне с наружными поверхностями пьезокерамических дисков. Таким образом, пресс или пресс-форма, имеющие плоские поверхности, могут быть использованы для придания формы или формирования наполняющего материала в пассивной области.

На ФИГ. 7 схематически показано устройство 40 для получения актюатора для крепления композитных колец 34, 36 к подложке 24 в пассивной области. Показанное устройство 40 для получения актюатора содержит первую формовочную часть 42, имеющую первую плоскую поверхность 44 формования, и вторую формовочную часть 46, имеющую вторую плоскую поверхность 48 формования. Формовочные части 42, 46 могут иметь приводные блоки формования (не показаны), которые перемещают формовочные части 42, 46 по направлению друг к другу в направлениях стрелок 50, 52. Формовочные части 42, 46 также могут вырабатывать тепло, которое может быть необходимо для термосварки композитных колец 34, 36 с подложкой 24.

Поскольку толщина t_D диска может превышать одно или оба из таких значений как значения толщины t_1CR, t_2CR композитных колец, пьезокерамические диски 26, 28 могут выходить за пределы композитных колец 34, 36 в направлении плоских поверхностей 44, 48 формования. В таких ситуациях формовочные части 42, 46 могут надавливать на пьезокерамические диски 26, 28, но не на композитные кольца 34, 36, когда устройство 40 для получения актюатора закрывается, а могут и не прикладывать давление и тепло. Для такой конфигурации биморфного дискового актюатора 12 устройство 40 для получения актюатора может использовать первое разделительное кольцо 54 и/или второе разделительное кольцо 56 для передачи давления и тепла от формовочных частей 42, 46 соответственно на композитные кольца 34, 36. Разделительные кольца 54, 56 могут иметь внутренний диаметр ID_SR разделительного кольца, превышающий внешний диаметр OD_D диска и приблизительно равный внутреннему диаметру ID_CR композитного кольца, так что разделительные кольца 54, 56 могут скользить поверх пьезокерамических дисков 26, 28 и вокруг них аналогично композитным кольцам 34, 36. Разделительные кольца 54, 56 могут иметь внешний диаметр OD_SR разделительного кольца, равный по меньшей мере внешнему диаметру OD_S подложки и внешнему диаметру OD_CR композитного кольца, в результате чего разделительные кольца 54, 56 проходят по меньшей мере до наружных периферийных сторон подложки 24 и композитных колец 34, 36 для обеспечения приложения давления и тепла по всей границе раздела между подложкой 24 и композитными кольцами 34, 36. Разделительные кольца 54, 56 могут быть изготовлены из жесткого материала, который может выдержать давление, прикладываемое формовочными частями 42, 46, и который является теплопроводящим для передачи тепла от формовочных частей 42, 46 на композитные кольца 34, 36 по мере такой необходимости.

Разделительные кольца 54, 56 обязательно должны компенсировать разницу между толщиной t_D диска и соответственно значениями толщины t_1CR, t_2CR композитных колец для передачи давления на композитные кольца 34, 36, а также для представления плоской поверхности биморфного дискового актюатора 12 для плоских поверхностей 44, 48 формования. Это достигается за счет использования первого разделительного кольца 54, имеющего толщину t_1SR первого разделительного кольца, которая равна разнице между толщиной t_D диска и толщиной t_1CR первого композитного кольца, и второго разделительного кольца 56, имеющего толщину t_1SR второго разделительного кольца, равную разнице между толщиной t_D диска и толщиной t_2CR второго композитного кольца. После размещения разделительных колец 54, 56 в заданном месте приводные блоки формования могут воздействовать на формовочные части 42, 46 в направлениях стрелок 50, 52 и могут сжимать подложку 24, пьезокерамические диски 26, 28 и композитные кольца 34, 36 вместе, а также могут прикладывать тепло. При закрытом устройстве 40 самоклеющийся адгезив и/или термочувствительный адгезив могут приклеить композитные кольца 34, 36 к соответствующим поверхностям 30, 32 подложки. В качестве альтернативы давление и тепло могут вызвать сплавление или сварку смолы в подложке 24 и композитных кольцах 34, 36 с обеспечением жесткого прикрепления композитных колец 34, 36 к подложке 24. По истечению достаточного времени формовочные части 42, 46 могут быть открыты, а разделительные кольца 54, 56 могут быть удалены из места вокруг пьезокерамических дисков 26, 28, оставляя, таким образом, готовый биморфный дисковый актюатор 12.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Если конструкция биморфного дискового актюатора 12 снабжена композитными кольцами 34, 36 или не содержит таких композитных колец для приведения в соответствие с эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к конкретному генератору 10 синтетических струй, биморфные дисковые актюаторы 12 могут быть изготовлены при подготовке к установке на генераторах 10 синтетических струй. На ФИГ. 8 показан пример способа 100 изготовления актюатора, который может быть реализован с использованием устройства 40 для получения актюатора. Способ может начаться в блоке 102, в котором пьезокерамические диски 26, 28 могут быть прикреплены к поверхностям 30, 32 подложки 24. Согласно приведенному описанию, пьезокерамические диски 26, 28 могут представлять собой стандартные диски, являющиеся предварительно изготовленными и доступными на рынке без необходимости в изготовлении на заказ для обеспечения соответствия требованиям, предъявляемым к генератору 10 синтетических струй. Пьезокерамические диски 26, 28 могут быть приклеены к соответствующим поверхностям 30, 32 подложки 24 с помощью подходящего адгезива, который будет выдерживать напряжения и моменты изгиба, создаваемые при приложении напряжений к пьезокерамическим дискам 26, 28.

После прикрепления пьезокерамических дисков 26, 28 к подложке 24 в блоке 102 управление может перейти к блоку 104 для определения того, требует ли конструкция биморфного дискового актюатора 12 наличия первого композитного кольца 34 в пассивной области биморфного дискового актюатора 12. Если конструкция содержит первое композитное кольцо 34 для обеспечения необходимой жесткости D в пассивной области, управление может перейти к блоку 106, в котором первое композитное кольцо 34 с проектной толщиной t_1CR первого композитного кольца и модулем E_1CR упругости первого композитного кольца установлено вокруг первого пьезокерамического диска 26. Первое композитное кольцо 34 может быть размещено на первой поверхности 30 подложки 24, при этом первый пьезокерамический диск 26 вставляют через отверстие в первом композитном кольце 34, так что первое композитное кольцо 34 обращено к первой поверхности 30 подложки и взаимодействует с ней. Если конструкция не содержит первое композитное кольцо 34 в блоке 104, то блок 106 может быть пропущен, а первое композитное кольцо 34 может быть не установлено в биморфном кольцевом актюаторе 12.

Параллельно установке первого композитного кольца 34 по мере необходимости в блоках 104, 106 управление может перейти к блоку 108 для определения, требует ли конструкция биморфного дискового актюатора 12 наличия второго композитного кольца 36 в пассивной области биморфного дискового актюатора 12. Если конструкция содержит второе композитное кольцо 36 для обеспечения необходимой жесткости D в пассивной области, то управление может перейти к блоку 110, в котором второе композитное кольцо 36 установлено вокруг второго пьезокерамического диска 28. Второе композитное кольцо 36 может быть размещено на второй поверхности 32 подложки 24, при этом второй пьезокерамический диск 28 вставляют через отверстие во втором композитном кольце 36, так что второе композитное кольцо 36 обращено ко второй поверхности 32 подложки и взаимодействует с ней. Если конструкция не содержит второе композитное кольцо 36 в блоке 108, то блок 110 может быть пропущен, а второе композитное кольцо 36 может быть не установлено в биморфном кольцевом актюаторе 12.

После установки первого композитного кольца 34 по мере необходимости в блоках 104, 106 управление может перейти к блоку 112 для определения, имеется ли необходимость в первом разделительном кольце 54, путем сравнения толщины t_1CR первого композитного кольца с толщиной t_D диска. Если толщина t_D диска больше толщины t_1CR первого разделительного кольца, первое композитное кольцо 34 тоньше первого пьезокерамического диска 26, первая сторона биморфного дискового актюатора 12 не будет представлять плоскую поверхность для первой плоской поверхности 44 формования. В данном случае от первого разделительного кольца 54 требуется представлять плоскую поверхность с первым пьезокерамическим диском 26. Управление переходит к блоку 114, в котором первое разделительное кольцо 54 установлено поверх первого композитного кольца 34. Первое разделительное кольцо 54 будет иметь толщину t_1SR первого разделительного кольца, равную разнице между толщиной t_D диска и толщиной t_1CR первого композитного кольца, так что суммарные значения толщины t_1CR, t_1SR будут равны толщине t_D диска. Если толщина t_D диска не превышает толщину t_1CR первого разделительного кольца в блоке 112, толщина t_1CR первого композитного кольца равна толщине t_D диска, а первый пьезокерамический диск 26 и первое композитное кольцо 34 будут представлять плоскую поверхность для первой плоской поверхности 44 формования. При такой конструкции актюатора нет необходимости в первом разделительном кольце 54, а этап установки в блоке 114 может быть пропущен.

По мере установки первого разделительного кольца 54 по мере необходимости в блоках 112, 114 управление может перейти к блоку 116 для определения, имеется ли необходимость во втором разделительном кольце, путем сравнения толщины t_2CR второго композитного кольца с толщиной t_D диска. Как и в случае первого разделительного кольца 54, если толщина t_D диска больше толщины t_2CR второго разделительного кольца, второе композитное кольцо 36 тоньше первого пьезокерамического диска 28, вторая сторона биморфного дискового актюатора 12 не будет представлять плоскую поверхность для второй плоской поверхности 48 формования. От второго разделительного кольца 56 требуется представлять плоскую поверхность со вторым пьезокерамическим диском 28. Управление переходит к блоку 118, в котором второе разделительное кольцо 56 установлено поверх второго композитного кольца 36. Второе разделительное кольцо 56 будет иметь толщину t_2SR второго разделительного кольца, равную разнице между толщиной t_D диска и толщиной t_2CR второго композитного кольца, так что суммарные значения толщины t_2CR, t_2SR будут равны толщине t_D диска. Если толщина t_D диска не превышает толщину t_2CR второго разделительного кольца в блоке 116, толщина t_2CR второго композитного кольца равна толщине t_D диска, второй пьезокерамический диск 28 и второе композитное кольцо 36 будут представлять плоскую поверхность для второй плоской поверхности 48 формования. При такой конструкции актюатора нет необходимости во втором разделительном кольце 56, а этап установки блоке 118 может быть пропущен.

После установки композитных колец 34, 36 и разделительных колец 54, 56 необходимым образом на основании конструкции актюатора, управление может перейти к блоку 120 для начала процесса прикрепления композитных колец 34, 36 к подложке 24 с формированием, таким образом, перегородки 22. В блоке 120 приводные блоки формования завершают работу формовочных частей 42, 46 на биморфном дисковом актюаторе 12, при этом плоские поверхности 44, 48 формования взаимодействуют с соответствующими сторонами биморфного дискового актюатора 12. Формовочные части 42, 46 будут прикладывать давление, достаточное для сжатия подложки 24, композитных колец 34, 36 и разделительных колец 54, 56 вместе без разрушения пьезокерамических дисков 26, 28. Плоские поверхности 44, 48 формования и/или разделительные кольца 54, 56 будут обеспечивать то, что подложка 24 и композитные кольца 34, 36 сжаты до плоского состояния за счет давления, прикладываемого формовочными частями 42, 46, а пассивная область будет плоской и будет действовать в соответствии с конструкцией актюатора, когда биморфный дисковый актюатор 12 установлен на генераторе 10 синтетических струй. В случае, в котором для скрепления композитных колец 34, 36 к подложке 24 используют самоклеющийся адгезив, давления, прикладываемого формовочными частями 42, 46, может быть достаточно для активации самоклеющегося адгезива и соединения композитных колец 34, 36 с подложкой 24 посредством связующего.

В показанном варианте реализации управление переходит к блоку 122, в котором тепло прикладывают к биморфному дисковому актюатору 12 посредством формовочных частей 42, 46. Тепло может быть необходимо в случае, в котором для прикрепления композитных колец 34, 36 к подложке 24 используют термочувствительный адгезив или в котором смола в композитных кольцах 34, 36 будет сплавлена или соединена сваркой со смолой в подложке 24 для соединения компонентов вместе посредством связующего. Следовательно, приложенного тепла будет достаточно для активации термочувствительного адгезива или для расплавления смолы на границах раздела между композитными кольцами 34, 36 и подложкой 24. Безусловно этап приложения тепла блока 122 может быть опущен, если нет необходимости в тепле для соединения композитных колец 34, 36 с подложкой 24 посредством связующего.

После соединения композитных колец 34, 36 с подложкой 24 посредством связующего управление может перейти к блоку 124, в котором приводные блоки формования отделяют формовочные части 42, 46 для открытия устройства 40 для получения актюатора. С помощью отделенных формовочных частей 42, 46 биморфный дисковый актюатор 12 может быть удален из устройства 40. После удаления управление может перейти к блоку 126, в котором разделительные кольца 54, 56, при наличии таковых, удаляют из биморфного дискового актюатора 12 таким образом, что биморфный дисковый актюатор 12 оказывается готовым к установке в генераторе 10 синтетических струй с использованием наружных частей второго композитного кольца 36 или наружных частей подложки 24, при этом конструкция актюатора не требует наличия второго композитного кольца 36, скрепленного с боковой стенкой 20 для герметизации резонансной камеры 16 за исключением отверстия 18.

Биморфный дисковый актюатор 12 в соответствии с настоящим изобретением позволяет использовать стандартные пьезокерамические диски 26, 28 при получении актюаторов 12 для множества различных генераторов 10 синтетических струй вместо необходимости в изготовлении специальных пьезокерамических дисков для обеспечения соответствия эксплуатационным требованиям, предъявляемым к генераторам 10 синтетических струй. Такое изготовление на заказ может увеличить стоимость биморфного дискового актюатора 12. В отличие от этого композитные кольца 34, 36, изготовленные из смолы с внедренными в нее различными материалами, являются относительно недорогими в проектировании и производстве. Конструкция биморфного дискового актюатора 12 для конкретной реализации может быть упрощена путем исключения индивидуальной конструкции пьезокерамических дисков, регулировки напряжения усилителя мощности для каждого набора требований к конструкции, что в результате приводит к изменениям в конструкции диска и обеспечивает изменение отношения активного диаметра активного центра к пассивному диаметру пассивной области. Кроме того, конструкция может уменьшить количество переменных, регулируемых для приведения биморфного дискового актюатора 12 в соответствие с эксплуатационными требованиями, такими как значения толщины t1CR, t2CR композитных колец, значения модулей E1CR, E2CR упругости композитных колец, а также внедряемый материал и коэффициент заполнения, используемые в композитном материале, из которого изготовлены композитные кольца 34, 36. В данной конструкции регулировку жесткости D и толщины t пассивной области биморфного дискового актюатора 12 используют для регулировки биморфного дискового актюатора 12 в соответствии с уникальными требованиями конкретных областей применения, в которых реализован биморфный дисковый актюатор 12.

Использование тонкой композитной подложки 24 в сравнении с вышеописанными известными металлическими подложками в отношении униморфной топологии может улучшить эффективность биморфного дискового актюатора 12 в соответствии с настоящим изобретением. С помощью композитной подложки 24 меньшая энергия напряженности, созданная при приложении напряжения через пьезокерамические диски 26, 28, будет израсходована при изгибе подложки 24. Вместо этого энергия напряженности будет доступна для работы при нагнетании воздуха. Повышенный поток воздуха при том же самом напряжении в результате приводит к получению большей эффективности в генераторах 10 синтетических струй.

Несмотря на то, что в приведенном выше тексте отражено подробное описание множества различных вариантов реализации, следует понимать, что объем защиты определен пунктами формулы изобретения, приведенной в конце данного документа. Подробное описание следует толковать исключительно в качестве примера, при этом оно не описывает каждый возможный вариант реализации, поскольку описание каждого возможного варианта реализации является нецелесообразным или даже невозможным. Многочисленные различные варианты реализации могут быть реализованы с использованием существующих технологических средств или технологических средств, созданных после даты подачи данного документа, при этом такие варианты реализации все еще находятся в пределах объема пунктов формулы изобретения, определяющих объем защиты.

Кроме того, настоящее изобретение содержит варианты реализации в соответствии со следующими пунктами:

Пункт 1. Биморфный дисковый актюатор, содержащий:

подложку, выполненную из композитного материала для подложки и имеющую первую поверхность подложки и вторую поверхность подложки;

первый пьезокерамический диск, жестко соединенный с первой поверхностью подложки;

второй пьезокерамический диск, жестко соединенный со второй поверхностью подложки; и

первое композитное кольцо, выполненное из композитного материала для первого кольца, жестко соединенное с первой поверхностью подложки и окружающее первый пьезокерамический диск.

Пункт 2. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, содержащий второе композитное кольцо, выполненное из композитного материала для второго кольца, жестко соединенное со второй поверхностью подложки и окружающее второй пьезокерамический диск.

Пункт 3. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, в котором толщина первого композитного кольца меньше толщины пьезокерамического диска.

Пункт 4. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, в котором первое композитное кольцо имеет такое значение толщины, что биморфный дисковый актюатор имеет жесткость актюатора, равную жесткости актюатора, заданной для одной реализации биморфного дискового актюатора в генераторе синтетических струй.

Пункт 5. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, в котором материал первого композитного кольца имеет коэффициент заполнения первого композитного кольца, характеризующий отношение внедряемого материала к смоле, окружающей этот внедряемый материал, который приводит к тому, что жесткость биморфного дискового актюатора равна заданной жесткости актюатора, для одной реализации биморфного дискового актюатора в генераторе синтетических струй.

Пункт 6. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, в котором первое композитное кольцо проходит от наружной кромки первого пьезокерамического диска до наружной кромки подложки.

Пункт 7. Биморфный дисковый актюатор по пункту 1, в котором подложка, первый пьезокерамический диск и второй пьезокерамический диск имеют форму круга, а первый пьезокерамический диск и второй пьезокерамический диск концентрически выравнены с подложкой.

Пункт 8. Способ получения биморфного дискового актюатора, согласно которому:

жестко соединяют первый пьезокерамический диск с первой поверхностью подложки, выполненной из композитного материала для подложки;

жесткое соединяют второй пьезокерамический диск со второй поверхностью подложки;

устанавливают первое композитное кольцо, выполненное из материала для первого композитного кольца, вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки;

закрывают устройство для получения актюатора первой формовочной частью, обращенной к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним, и второй формовочной частью, обращенной ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним; и

прикладывают посредством первой формовочной части и второй формовочной части по меньшей мере одно из давления и тепла к первому композитному кольцу для его жесткого соединения с первой поверхностью подложки.

Пункт 9. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 8, согласно которому:

устанавливают второе композитное кольцо, выполненное из материала для второго композитного кольца, вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со второй поверхностью подложки; и

прикладывают посредством первой формовочной части и второй формовочной части по меньшей мере одно из давления и тепла ко второму композитному кольцу для его жесткого соединения со второй поверхностью подложки.

Пункт 10. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 9, согласно которому

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают первое разделительное кольцо вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первым композитным кольцом при определении того, что толщина первого композитного кольца меньше толщины диска первого пьезокерамического диска и второго пьезокерамического диска, при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца; и

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают второе разделительное кольцо вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со вторым композитным кольцом при определении того, что толщина второго композитного кольца меньше толщины диска, при этом толщина второго разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины второго композитного кольца.

Пункт 11. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 8, согласно которому:

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают первое разделительное кольцо вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первым композитным кольцом при определении того, что толщина первого композитного кольца меньше толщины диска первого пьезокерамического диска и второго пьезокерамического диска, при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца; и

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают второе разделительное кольцо вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со второй поверхностью подложки, при этом толщина второго разделительного кольца равна толщине диска.

Пункт 12. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 8, согласно которому прикладывают давления к первому композитному кольцу для активации самоклеющегося адгезива для жесткого соединения первого композитного кольца с первой поверхностью подложки.

Пункт 13. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 8, согласно которому прикладывают тепло к первому композитному кольцу для активации термочувствительного адгезива для жесткого соединения первого композитного кольца с первой поверхностью подложки.

Пункт 14. Способ получения биморфного дискового актюатора по пункту 8, согласно которому прикладывают тепло к первому композитному кольцу для соединения сваркой первого композитного кольца с первой поверхностью подложки.

Пункт 15. Устройство для получения актюатора для получения биморфного дискового актюатора, содержащего подложку, первый пьезокерамический диск, жестко соединенный с первой поверхностью подложки, второй пьезокерамический диск, жестко соединенный со второй поверхностью подложки, и первое композитное кольцо, установленное вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки,

причем устройство для получения актюатора содержит:

первую формовочную часть, имеющую первую плоскую поверхность формования, обращенную к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе;

вторую формовочную часть, имеющую вторую плоскую поверхность формования, обращенную ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе; и

первое разделительное кольцо, установленное вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первым композитным кольцом, если толщина первого композитного кольца меньше толщины диска.

Пункт 16. Устройство для получения актюатора по пункту 15, в котором биморфный дисковый актюатор содержит второе композитное кольцо, установленное вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со второй поверхностью подложки, причем

устройство для получения актюатора содержит второе разделительное кольцо, установленное вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со вторым композитным кольцом, если толщина второго композитного кольца меньше толщины диска.

Пункт 17. Устройство для получения актюатора по пункту 16, в котором толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца,

при этом толщина второго разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины второго композитного кольца.

Пункт 18. Устройство для получения актюатора по пункту 15, содержащее второе разделительное кольцо, установленное вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со второй поверхностью подложки,

при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца, а толщина второго разделительного кольца равна толщине диска.

Пункт 19. Устройство для получения актюатора по пункту 15, в котором первая формовочная часть прикладывает тепло к первому композитному кольцу для жесткого соединения первого композитного кольца с первой поверхностью подложки.

Пункт 20. Устройство для получения актюатора по пункту 15, в котором первое разделительное кольцо проходит от наружной кромки первого пьезокерамического диска до наружной кромки первого композитного кольца.

Следует понимать, что, если только термин не был специально определен в данном документе, отсутствует какое-либо намерение ограничить значение этого термина в явной форме или по смыслу за рамками его обычного или нормального значения, при этом такой термин не следует интерпретировать таким образом, что он имеет ограниченный объем значений в любом утверждении, приведенном в любом разделе данного документа (за исключением формулировок пунктов формулы изобретения). В тех случаях, когда какой-либо термин, использованный в пунктах формулы изобретения, приведенной в конце данного документа, приведен в данном документе в соответствии с его одиночным значением, это делается исключительно в целях ясности, а не для того, чтобы ввести читателя в замешательство, при этом не предполагается, что такой термин из пункта формулы изобретения ограничен по смыслу или иным образом указанным одиночны значением.

Изобретение относится к пьезоэлектрическим актюаторам. Сущность: биморфный дисковый актюатор содержит подложку, выполненную из композитного материала и имеющую первую поверхность и вторую поверхность, первый пьезокерамический диск, жестко соединенный с первой поверхностью подложки, второй пьезокерамический диск, жестко соединенный со второй поверхностью подложки, и первое композитное кольцо, выполненное из композитного материала, жестко соединенное с первой поверхностью подложки и окружающее первый пьезокерамический диск. Второе композитное кольцо может быть жестко соединено со второй поверхностью подложки и может окружать второй пьезокерамический диск. Также предложены устройство и способ получения биморфного дискового актюатора. Технический результат: возможность обеспечения необходимых технических характеристик актюатора путем регулирования жесткости композитных колец без изменения размеров пьезокерамических дисков. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Биморфный дисковый актюатор (12), содержащий:

подложку (24), выполненную из композитного материала для подложки и имеющую первую поверхность (30) подложки и вторую поверхность (32) подложки;

первый пьезокерамический диск (26), жестко соединенный с первой поверхностью подложки;

второй пьезокерамический диск (28), жестко соединенный со второй поверхностью подложки; и

первое композитное кольцо (34), выполненное из композитного материала для первого кольца, жестко соединенное с первой поверхностью подложки и окружающее первый пьезокерамический диск.

2. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, содержащий второе композитное кольцо (36), выполненное из композитного материала для второго кольца, жестко соединенное со второй поверхностью (32) подложки и окружающее второй пьезокерамический диск (28).

3. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, в котором толщина первого композитного кольца (34) меньше толщины первого пьезокерамического диска (26).

4. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, в котором первое композитное кольцо (34) имеет такое значение толщины, что биморфный дисковый актюатор (12) имеет жесткость актюатора, равную заданной жесткости актюатора для одной реализации биморфного дискового актюатора в генераторе (10) синтетических струй.

5. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, в котором материал первого композитного кольца (34) имеет коэффициент заполнения первого композитного кольца, характеризующий отношение внедряемого материала к смоле, окружающей этот внедряемый материал, который приводит к тому, что жесткость биморфного дискового актюатора равна заданной жесткости актюатора для одной реализации биморфного дискового актюатора в генераторе (10) синтетических струй.

6. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, в котором первое композитное кольцо (34) проходит от наружной кромки первого пьезокерамического диска (26) до наружной кромки подложки (24).

7. Биморфный дисковый актюатор (12) по п. 1, в котором подложка (24), первый пьезокерамический диск (26) и второй пьезокерамический диск (28) имеют форму круга, а первый пьезокерамический диск и второй пьезокерамический диск концентрически выравнены с подложкой.

8. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12), согласно которому:

жестко соединяют (102) первый пьезокерамический диск (26) с первой поверхностью (30) подложки (24), выполненной из композитного материала для подложки;

жестко соединяют (102) второй пьезокерамический диск (28) со второй поверхностью (32) подложки;

устанавливают (106) первое композитное кольцо (34), выполненное из материала для первого композитного кольца, вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки;

закрывают (120) устройство (40) для получения актюатора первой формовочной частью (42), обращенной к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним, и второй формовочной частью (46), обращенной ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующей с ним; и

прикладывают (122) посредством первой формовочной части и второй формовочной части по меньшей мере одно из давления и тепла к первому композитному кольцу для его жесткого соединения с первой поверхностью подложки.

9. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 8, согласно которому:

устанавливают (110) второе композитное кольцо (36), выполненное из материала для второго композитного кольца, вокруг второго пьезокерамического диска (28) в контакте со второй поверхностью (32) подложки и

прикладывают (122) посредством первой формовочной части (42) и второй формовочной части (46) по меньшей мере одно из давления и тепла ко второму композитному кольцу для его жесткого соединения со второй поверхностью подложки (24).

10. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 9, согласно которому:

перед закрытием (120) устройства (40) для получения актюатора, устанавливают первое разделительное кольцо (54) вокруг первого пьезокерамического диска (26) в контакте с первым композитным кольцом (34) при определении того, что толщина первого композитного кольца меньше толщины диска первого пьезокерамического диска и второго пьезокерамического диска (28), при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца; и

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают второе разделительное кольцо (56) вокруг второго пьезокерамического диска (28) в контакте со вторым композитным кольцом (36) при определении того, что толщина второго композитного кольца меньше толщины диска, при этом толщина второго разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины второго композитного кольца.

11. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 8, согласно которому:

перед закрытием (120) устройства (40) для получения актюатора, устанавливают первое разделительное кольцо (54) вокруг первого пьезокерамического диска (26) в контакте с первым композитным кольцом (34) при определении того, что толщина первого композитного кольца меньше толщины диска первого пьезокерамического диска и второго пьезокерамического диска (28), при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца; и

перед закрытием устройства для получения актюатора, устанавливают второе разделительное кольцо (56) вокруг второго пьезокерамического диска (28) в контакте со второй поверхностью (32) подложки, при этом толщина второго разделительного кольца равна толщине диска.

12. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 8, согласно которому прикладывают давление к первому композитному кольцу (34) для активации самоклеящегося адгезива для жесткого соединения первого композитного кольца с первой поверхностью (30) подложки (24).

13. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 8, согласно которому прикладывают (122) тепло к первому композитному кольцу (34) для активации термочувствительного адгезива для жесткого соединения первого композитного кольца (34) с первой поверхностью (30) подложки (24).

14. Способ (100) получения биморфного дискового актюатора (12) по п. 8, согласно которому прикладывают (122) тепло к первому композитному кольцу (34) для соединения сваркой первого композитного кольца с первой поверхностью (30) подложки (24).

15. Устройство (40) для получения актюатора для получения биморфного дискового актюатора (12), содержащего: подложку (24), первый пьезокерамический диск (26), жестко соединенный с первой поверхностью (30) подложки, второй пьезокерамический диск (28), жестко соединенный со второй поверхностью (32) подложки, и первое композитное кольцо (34), установленное вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первой поверхностью подложки,

причем устройство (40) для получения актюатора содержит:

первую формовочную часть (42), имеющую первую плоскую поверхность (44) формования, обращенную к первому пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе;

вторую формовочную часть (46), имеющую вторую плоскую поверхность (48) формования, обращенную ко второму пьезокерамическому диску и взаимодействующую с ним, когда устройство для получения актюатора закрыто на биморфном дисковом актюаторе; и

первое разделительное кольцо (54), устанавливаемое вокруг первого пьезокерамического диска в контакте с первым композитным кольцом, если толщина первого композитного кольца меньше толщины диска.

16. Устройство (40) для получения актюатора по п. 15, в котором биморфный дисковый актюатор (12) содержит второе композитное кольцо (36), установленное вокруг второго пьезокерамического диска (28) в контакте со второй поверхностью (32) подложки, причем

устройство для получения актюатора содержит второе разделительное кольцо (56), устанавливаемое вокруг второго пьезокерамического диска в контакте со вторым композитным кольцом, если толщина второго композитного кольца меньше толщины диска.

17. Устройство (40) для получения актюатора по п. 16, в котором толщина первого разделительного кольца (54) равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца (34),

при этом толщина второго разделительного кольца (56) равна толщине диска за вычетом толщины второго композитного кольца (36).

18. Устройство (40) для получения актюатора по п. 15, содержащее второе разделительное кольцо (36), установленное вокруг второго пьезокерамического диска (28) в контакте со второй поверхностью (32) подложки,

при этом толщина первого разделительного кольца равна толщине диска за вычетом толщины первого композитного кольца, а толщина второго разделительного кольца равна толщине диска.

19. Устройство (40) для получения актюатора по п. 15, в котором первая формовочная часть (42) прикладывает тепло (122) к первому композитному кольцу (34) для жесткого соединения первого композитного кольца с первой поверхностью (30) подложки (24).

20. Устройство (40) для получения актюатора по п. 15, в котором первое разделительное кольцо (54) проходит от наружной кромки первого пьезокерамического диска (26) до наружной кромки первого композитного кольца (34).