Микроэлектронный модуль, матрица модулей и способ воздействия на поток Российский патент 2020 года по МПК H01L27/20 B64C23/00 

Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся, в общем, к микроэлектронному модулю для воздействия на поток текучей среды, а также к матрице модулей и способу воздействия на поток текучей среды.

При разработке современных транспортных средств, в частности, современных летательных аппаратов, особое внимание уделяют снижению стоимости непрерывной эксплуатации. В этом отношении одним из главных факторов, влияющих на затраты, является расход керосина. Для снижения расхода керосина в самолетах, помимо прочего, предпринимаются попытки улучшить аэродинамические характеристики летательных аппаратов. В области крыльев это достигается, например, при помощи концевых аэродинамических поверхностей крыла (так называемые «винглеты» или «шарклеты») или при помощи специального структурирования деталей передней кромки крыла в целях снижения аэродинамического сопротивления самолета. Усовершенствования подобного рода часто применяют в виде пассивных элементов, воздействие которых в случае применения микробороздок, или так называемых «риблет», основано на снижении фрикционного сопротивления на поверхностях, над которыми проходят турбулентные потоки воздуха. В таком случае риблеты позволяют максимально эффективно использовать конкретную геометрию поверхности, благодаря чему турбулентные потоки над поверхностью могут быть подавлены, и соответственно могут быть снижены потери на трение. Однако подобные решения обладают тем недостатком, что в большинстве случаев функционируют только пассивно и не позволяют регулировать их направление.

Исходя из этого, цель настоящего изобретения - предложить устройство, позволяющее преодолеть описанные выше недостатки.

Данная задача может быть решена при помощи устройства, имеющего отличительные признаки по п. 1 формулы изобретения. Примеры осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Следует отметить, что отличительные признаки вариантов осуществления, относящихся к устройству, применимы также для вариантов осуществления способа и применения устройства, и наоборот.

Предложен микроэлектронный модуль для воздействия на поток текучей среды. Модуль содержит по меньшей мере один преобразователь напряжения для преобразования поданного первого напряжения в более высокое, более низкое или равное второе напряжение. Модуль содержит также по меньшей мере один активный элемент воздействия на поток для воздействия на направление и/или скорость текучей среды, которая обтекает активный элемент воздействия на поток и/или протекает над ним. Преобразователь напряжения и/или активный элемент воздействия на поток размещены на тонкопленочной планарной подложке. Воздействие на направление и/или на скорость текучей среды зависит от гидродинамического ускорения, которое является функцией второго напряжения, поданного преобразователем напряжения на активный элемент воздействия на поток.

Настоящее изобретение основано на принципе воздействия на направление и/или скорость текучей среды, обтекающей поверхность или протекающей над ней, посредством гидродинамического ускорения, формируемого при помощи напряжения, приложенного к активному элементу воздействия на поток. В данном случае направление и/или скорость текучей среды в области активного элемента воздействия на поток могут быть переменными, т.е. направление может быть изменено и/или скорость может быть увеличена или уменьшена. Путем интегрирования необходимых для этого компонентов на пленку в очень малом масштабе модуль может быть без труда установлен на поверхности транспортного средства и может воздействовать на направление и/или скорость текучей среды, проходящей над поверхностью или вокруг нее, улучая этот поток, т.е., к примеру, понижая аэродинамическое сопротивление, или, если требуется, повышая его. В результате, к примеру, может быть снижен расход керосина летательным аппаратом, на котором, например, множество подобных модулей могут быть установлены на передней кромке крыла.

Под выражением «активный элемент воздействия на поток» может пониматься любой электрический элемент, способный активно формировать гидродинамическое ускорение при помощи приложенного напряжения.

Под выражением «преобразователь напряжения» может пониматься любой электрический элемент, способный преобразовывать входное напряжение в повышенное, пониженное или равное выходное напряжение. В случае, когда входное напряжение равно выходному напряжению, электрический элемент может состоять только из одного электрического соединительного элемента.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения микроэлектронный модуль представляет собой модуль микроэлектромеханической системы (micro-electro-mechanical system, MEMS), т.е. спроектирован в виде MEMS-системы. Альтернативно, модуль может быть также спроектирован в виде наноэлектромеханической системы.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения преобразователь напряжения из состава микроэлектронного модуля содержит пьезоэлектрический преобразователь. Преимуществом пьезоэлектрических преобразователей является возможность их выполнения в очень малом масштабе.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения текучей средой является воздух, нефть (масло) или вода. Воздействие на направление и/или скорость воздуха, нефти или воды, обтекающих поверхность или протекающих над ней, может выполняться при помощи элемента воздействия на поток. Преимуществом такого решения является, например, возможность снижения гидродинамического сопротивления, или, при необходимости, его повышения.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения активный элемент воздействия на поток содержит конденсатор асимметричной конструкции. Если применяется конденсатор асимметричной конструкции, в области конденсатора, за счет приложенного напряжения, может возникать ионный ток. Сила ионного тока зависит от напряжения, приложенного к конденсатору. Предпочтительно, к конденсатору прикладывают напряжение, несколько меньшее напряжения пробоя конденсатора. В то же время, текучая среда в непосредственной близости от ионного тока, т.е. конденсатора, может испытывать его влияние, т.е. может изменяться в определенном направлении вследствие наличия ионного тока. Преимущество такого решения заключается в том, что на направление и/или скорость текучей среды в окрестности конденсатора можно активно влиять при помощи ионного тока.

Электроды конденсатора могут иметь, в теории, любую форму, схему расположения, и могут присутствовать в любом количестве, и при этом могут быть выполнены из материала любого типа, позволяющего формировать ионный ток, который применяют для воздействия на направление и/или скорость текучей среды, обтекающей электроды или протекающей над ними.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения первое напряжение, поданное на преобразователь напряжения, подают, по меньшей мере частично, с использованием внешнего источника напряжения. К примеру, первое напряжение подают при помощи источника напряжения, расположенного вне модуля. К примеру, источником напряжения может быть энерговырабатывающий элемент, который, как и модуль, установлен на поверхности. Альтернативно, энерговырабатывающим элементом может быть, к примеру, приводное устройство транспортного средства, на поверхности которого установлен модуль. Преимущество такого решения заключается в том, что геометрические размеры модуля могут оставаться очень миниатюрными.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения подложка также содержит энерговырабатывающий элемент для формирования по меньшей мере части поданного первого напряжения. К примеру, на подложке могут быть размещены один или более энерговырабатывающих элементов одного типа или различных типов, которые подают первое напряжение на модуль. В дополнение к по меньшей мере одному энерговырабатывающему элементу на подложке модуль может также включать соединение для подачи по меньшей мере части первого напряжения при помощи внешнего источника напряжения. Преимущество такого решения заключается в том, что модуль является частично или полностью автономным относительно внешнего источника напряжения. Еще одно преимущество заключается в том, обеспечивается гибкость при установке модуля, т.е. модуль может быть установлен на любой поверхности или вблизи любой поверхности.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения подложка также включает энерговырабатывающий элемент для формирования по меньшей мере части поданного первого напряжения, при этом энерговырабатывающий элемент имеет батарею солнечных элементов. Альтернативно, энерговырабатывающий элемент может также иметь другие типы устройств, подходящих для формирования электрической энергии. Преимущество такого решения заключается в том, что модуль, предпочтительно, не зависит от внешнего источника напряжения и может функционировать автономно. Еще одно преимущество заключается в том, что обеспечивается гибкость при установке модуля, т.е. модуль может быть установлен на поверхности любого типа. Когда модуль установлен на поверхности летательного аппарата, батарея солнечных элементов может вырабатывать электроэнергию, поскольку летательный аппарат во время полета, предпочтительно, находится выше уровня облаков, и соответственно, не закрыт ими от солнца.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения тонкопленочная планарная подложка представляет собой гибкую и/или способную деформироваться в нескольких направлениях пленку или решетку. К примеру, решетка может иметь гибкую и/или деформируемую во многих направлениях структуру. Альтернативно, тонкопленочная планарная подложка может также состоять из аналогичного материала, допускающего установку компонентов модуля в упомянутой подложке или на ней, и который при этом имеет минимально возможную толщину, оставаясь достаточно стабильным. К примеру, подложка может иметь тканую или решетчатую структуру, или может быть выполнена из композитного материала. Преимущество подобного решения заключается в том, что геометрические размеры модуля могут оставаться малыми, с сохранением достаточной стабильности, позволяя устанавливать модуль на поверхность на постоянной основе или с возможностью его снятия, к примеру, при помощи клеевого соединения.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль содержит множество активных элементов воздействия на поток. Множество активных элементов воздействия на поток имеют различную ориентацию и/или одинаковую ориентацию.

В соответствии с еще одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль содержит множество активных элементов воздействия на поток и/или по меньшей мере один пассивный элемент воздействия на поток. Множество активных и/или пассивных элементов воздействия на поток имеют различную ориентацию и/или одинаковую ориентацию.

А именно, различными и/или одинаковыми могут быть направления воздействия на поток, т.е. ориентация активных элементов воздействия на поток, или активных и/или пассивных элементов воздействия на поток, в области элементов воздействия на поток. Преимущество подобного решения заключается в том, что воздействие на направление и/или скорость текучей среды в области активных элементов воздействия на поток может обеспечиваться потенциально любым методом, при помощи индивидуального включения и/или отключения одного или нескольких элементов воздействия на поток.

Под пассивным элементом воздействия на поток понимается пассивная структура, которая применяется для поддержания или усиления обеспечиваемого воздействия. Пассивные структуры могут быть трехмерными, микротехническими, пассивными и/или резонансными структурами, способными локально воздействовать на сформированный поток, предпочтительно, завихряя или локально отклоняя его. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, такие пассивные структуры являются частью микроэлектронного модуля. В соответствии с одним из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения, такие пассивные структуры являются отдельным компонентом элемента воздействия на поток.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, направление воздействия на текучую среду определяется ориентацией, управлением множеством активных элементов воздействия на поток в зависимости от времени и/или в зависимости от амплитуды напряжения, или ориентацией пассивных элементов воздействия на поток. Направление воздействия на поток может регулироваться при помощи ориентации, управления множеством элементов воздействия на поток в зависимости от времени и/или в зависимости от амплитуды напряжения. Преимущество подобного решения заключается в том, что возможно избирательное воздействие на направление и/или скорость текучей среды.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления модуля, содержащего множество элементов воздействия на поток, модуль может содержать один или более переключательных элементов, которые выполнены с возможностью включения и/или отключения одного или нескольких элементов воздействия на поток из упомянутого множества элементов воздействия на поток. Преимущество подобного решения заключается в том, что управление модулем может быть индивидуальным, а геометрические размеры модуля могут оставаться миниатюрными, в зависимости от применения.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль содержит по меньшей мере один приемник. Приемник выполнен с возможностью приема сигнала, при этом переключательный элемент может переключаться в зависимости от этого сигнала. К примеру, сигнал может передаваться в модуль из центрального блока управления, который содержит по меньшей мере один передатчик. Сигнал может применяться, например, для включения или отключения модуля. Альтернативно, сигнал может также иметь более сложную структуру, например, для включения и/или отключения части из множества элементов воздействия на поток в модуле или в множестве модулей. Альтернативно, при помощи сигнала может выполняться управление напряжением и/или амплитудой одного или более элементов воздействия на поток. Преимущество подобного решения заключается в том, что может быть обеспечено индивидуальное управление модулем.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, модуль содержит по меньшей мере один передатчик. Передатчик выполнен с возможностью передачи сигнала в приемник, при этом сигнал содержит по меньшей мере информацию о параметрах, зарегистрированных модулем. Например, сигнал содержит информацию о давлении, температуре и/или влажности, воздействующих на модуль через текучую среду. На основе переданных параметров управляющий элемент может определять, например, должно ли быть скорректировано гидродинамическое ускорение проходящего потока текучей среды и каким образом оно должно быть скорректировано. Преимущество подобного решения заключается в том, что обеспечивается более точное управление модулем.

В соответствии с еще одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, модуль содержит по меньшей мере один приемник и по меньшей мере один передатчик. Приемник и передатчик, предпочтительно, имеют такие же свойства, что ранее описанные приемник и передатчик.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль содержит по меньшей мере один датчик. Датчик выполнен с возможностью сбора информации о модуле, информации о текучей среде и/или информации об окружении модуля. Датчик может содержать, например, множество субдатчиков, которые применяются для сбора информации о модуле, информации о текучей среде и/или информации об окружении модуля. Преимущество подобного решения заключается в том, что модуль может более избирательно воздействовать на направление и/или скорость текучей среды на основе информации о модуле, информации о текущей среде и/или информации об окружении модуля.

В соответствии с еще одним из вариантов осуществления настоящего изобретения датчик представляет собой датчик давления, датчик температуры и/или датчик влажности.

Датчик давления определяет давления протекающей текучей среды. Преимущество подобного решения заключается в том, что модуль принимает информацию о давлении проходящего потока текучей среды и может избирательно воздействовать на направление и/или скорость текучей среды. В зависимости от измеренного давления модуль, при необходимости, может регулировать напряжение для формирования ионного тока.

Датчик температуры определяет температуру текучей среды, проходящей мимо модуля. Преимущество подобного решения заключается в том, что модуль принимает информацию о температуре текущей среды, проходящей мимо датчика. В зависимости от измеренной температуры модуль, при необходимости, может регулировать напряжение для формирования ионного тока.

Датчик влажности определяет влажность текучей среды, проходящей мимо модуля. Преимущество подобного решения заключается в том, что модуль принимает информацию о влажности текущей среды, проходящей мимо датчика. В зависимости от измеренной влажности модуль, при необходимости, может регулировать напряжение для формирования ионного тока.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения определение давления, температуры и/или влажности, воздействующих на модуль вследствие прохождения текучей среды, выполняют при помощи элемента воздействия на поток и/или отдельного датчика. При этом не нужен дополнительный датчик для определения давления, температуры и/или влажности, воздействующих на модуль, и, следовательно, геометрические размеры модуля могут поддерживаться очень малыми. Альтернативно, измерение одного из множества параметров может выполняться, в дополнение или альтернативно, при помощи отдельного датчика.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, модуль содержит датчик ускорения и/или датчик положения. При помощи датчика ускорения может обеспечиваться включение модуля, например, когда будет зарегистрировано заранее заданное минимальное ускорение. Если будет зарегистрировано отрицательное ускорение, модуль, например, может быть отключен, и наоборот. При помощи датчика положения может быть определено положение модуля, и например, при этом модуль в определенных положениях может включаться или отключаться. Датчик ускорения и/или датчик положения, например, могут быть сконструированы с использованием технологии MEMS-систем.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль содержит по меньшей мере один управляющий элемент. Управляющий элемент выполнен с возможностью регулировки гидродинамического ускорения проходящего потока текучей среды на основе собранной информации. Управляющий элемент принимает информацию, к примеру, собранную датчиком из состава модуля, и управляет активным элементом воздействия на поток и/или множеством активных элементов воздействия на поток, в результате чего регулируют или изменяют ускорение проходящего потока текучей среды. Преимущество подобного решения заключается в том, что обеспечивается более точное управление модулем.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения модуль также содержит по меньшей мере один переключательный элемент для включения и/или отключения модуля. Альтернативно, один переключательный элемент может быть выполнен с возможностью работы с двумя или более модулями. Соответственно, два или более модулей могут включаться и/или отключаться при помощи такого переключательного элемента. Преимущество подобного решения заключается в том, что включение и отключение модуля может быть более избирательным, и соответственно, обеспечивается более точное управление модулем.

Под выражением «переключательный элемент» может пониматься устройство любого типа, подходящее для изменения состояния соединения с «разъединено» на «соединено». Его можно понимать как соединение, которое разомкнуто с одной стороны и при этом может быть замкнуто, на постоянной основе или с возможностью размыкания, например, при помощи подключения модуля к электронному блоку в целях управления.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения преобразователь напряжения, переключательный элемент, элемент воздействия на поток, датчик, приемник и/или управляющий элемент могут быть выполнены в виде микроэлектромеханической структуры (MEMS-структуры). Предпочтительно, за счет выполнения большинства компонентов модуля в виде MEMS-структур, геометрические размеры модуля могут поддерживаться очень миниатюрными.

Предложена также матрица модулей, содержащая множество описанных микроэлектронных модулей. За счет организации множества модулей в виде матрицы, гидродинамическое воздействие может быть усилено и/или приложено в заданном направлении.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения множество электронных модулей могут быть размещены на общей тонкопленочной планарной подложке.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения активные и/или пассивные элементы воздействия на поток множества микроэлектронных модулей имеют, по меньшей мере частично, различную ориентацию. Благодаря по меньшей различной ориентации по меньшей мере части из модулей, и соответственно, активных и/или пассивных элементов воздействия на поток в этих модулях, гидродинамическое воздействие на направление и/или скорость текучей среды над подобной конструкцией может быть более избирательным.

Воздействие активных элементов воздействия на поток может поддерживаться или усиливаться при помощи пассивных элементов воздействия на поток, или, точнее, пассивных структур. Пассивные структуры могут быть трехмерными, микротехническими, пассивными и/или резонансными структурами, способными локально воздействовать на сформированный поток, предпочтительно, завихряя или локально отклоняя его.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения матрица модулей содержит один или более переключательных элементов, которые выполнены с возможностью включения и/или отключения одного или более элементов воздействия на поток в матрице модулей. Преимущество подобного решения заключается в том, что управление матрицей модулей может быть более точным, а ее геометрические размеры могут оставаться малыми, в зависимости от применения.

Предложено также размещение по меньшей мере одного описанного выше микроэлектронного модуля или по меньшей мере одной описанной выше матрицы модулей на поверхности транспортного средства. Благодаря применению по меньшей мере одного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей достигается избирательное воздействие на направление и/или скорость текучей среды, к примеру, в области приповерхностного слоя, возникающего при обтекании поверхности транспортного средства или при прохождении текучей среды над поверхностью.

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения транспортное средство представляет собой летательный аппарат, плавучее средство или наземное транспортное средство. Благодаря установке по мерее одного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей возможно положительное воздействие на направление и/или скорость текучей среды, в результате чего может быть, например, понижено гидродинамическое сопротивление, и соответственно, уменьшен расход топлива или энергии для приведения транспортного средства в движение.

При этом также может быть предложен способ воздействия на поток текучей среды при помощи по меньшей мере одного описанного микроэлектронного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей. В данном способе воздействуют на направление и/или скорость текучей среды, обтекающей поверхность и/или проходящей над поверхностью модуля или матрицы модулей. В предложенном способе поданное первое напряжение преобразуют в более высокое, более низкое или равное второе напряжение. В данном способе также формируют гидродинамическое ускорение, как функцию второго напряжения. В предложенном способе также воздействуют на направление и/или скорость текучей среды с использованием гидродинамического ускорения.

На всех приведенных чертежах аналогичными числовыми обозначениями обозначены аналогичные компоненты. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе и направлены на разъяснение замысла настоящего изобретения. В приведенном ниже описании различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылками на приведенные ниже чертежи, где:

на фиг. 1 проиллюстрирован первый вариант осуществления микроэлектронного модуля;

на фиг. 2 проиллюстрирована матрица модулей, содержащая множество микроэлектронных модулей;

на фиг. 3 проиллюстрировано размещение множества микроэлектронных модулей на поверхности летательного аппарата; и

на фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема алгоритма способа воздействия на поток текучей среды.

Приведенное ниже подробное описание выполнено со ссылками на приложенные чертежи, где в целях описания настоящего изобретения проиллюстрированы конкретные детали и варианты осуществления, посредством которых настоящее изобретение может быть применено на практике.

Выражение «пример осуществления» в данном случае следует понимать как «служащий в качестве примера, частного случая или иллюстрации». Любой вариант осуществления настоящего изобретения или конфигурацию, описанные как «пример осуществления изобретения» не обязательно следует считать предпочтительным или более выигрышным, чем другие варианты осуществления или конфигурации.

В приведенном ниже подробном описании выполняются ссылки на приложенные чертежи, которые являются частью этого описания, и на которых, в целях иллюстрации, показаны конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, в которых оно может быть применено на практике. В этой связи, например, при описании ориентации рассмотренных геометрических тел применяются следующие термины, задающие направления: «верх», «низ», «перед», «зад», «передний», «задний» и т.п. Поскольку компоненты в вариантах осуществления настоящего изобретения могут быть расположены с различной ориентацией, термины, задающие направление, применяются исключительно для иллюстрации и ни в коей мере не являются ограничивающими. Очевидно, что в пределах объема настоящего изобретения могут применяться и другие варианты осуществления изобретения, а также допускаются их структурные и логические изменения. Очевидно, что отличительные признаки различных примеров осуществления настоящего изобретения, рассмотренных в данном документе, могут сочетаться друг с другом, если прямо не указано на обратное. Соответственно, приведенное ниже подробное описание не следует считать ограничивающим, при этом объем правовой защиты настоящего изобретения задан приложенной формулой изобретения.

В объеме настоящего изобретения термины «соединен» и «подключен» применяются для описания как прямого, так и непрямого соединения, а также прямой или непрямой связи. На чертежах, где это уместно, идентичные или аналогичные элементы сопровождаются идентичными числовыми обозначениями.

На фиг. 1 проиллюстрирован первый вариант микроэлектронного модуля 100 для воздействия на поток текучей среды. Модуль 100 содержит преобразователь 101 напряжения, предназначенный для преобразования поданного первого напряжения V1 в более высокое, более низкое или равное второе напряжение V2. Модуль 100 содержит также по меньшей мере один активный элемент 103 воздействия на поток для воздействия на направление и/или скорость текучей среды, которая обтекает активный элемент 103 воздействия на поток или проходит над ним. Преобразователь 101 напряжения и активный элемент 103 воздействия на поток из состава модуля 100 размещены на тонкопленочной планарной подложке 104. Преобразователь 101 напряжения и элемент 103 воздействия на поток в модуле 100 гальванически соединены друг с другом. Воздействие на направление и/или на скорость текучей среды зависит от гидродинамического ускорения, которое является функцией второго напряжения V2, поданного преобразователем 101 напряжения на элемент 103 воздействия на поток. Помимо активного элемента 103 воздействия на поток в модуле 100 может быть еще один, пассивный элемент воздействия на поток (не показан на чертеже), например, пассивная пространственная структура. Модуль может содержать переключательный элемент (не показан на чертеже), предназначенный для избирательного включения и/или отключения элемента 103 воздействия на поток.

На фиг. 2 проиллюстрирован один из вариантов осуществления матрицы 200 модулей, содержащей множество микроэлектронных модулей 201. Каждый из микроэлектронных модулей 201 содержит преобразователь 202 напряжения, переключательный элемент 203 и элемент 204 воздействия на поток на тонкопленочной планарной подложке 205. На иллюстрации каждый из модулей 201 содержит отдельный переключательный элемент 204, однако в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения (не показаны на чертежах), переключательный элемент 204 может быть предоставлен для двух или более модулей 201.

На фиг. 3 проиллюстрирован один из вариантов размещения 300 множества микроэлектронных модулей 301 на поверхности летательного аппарата 302. В проиллюстрированном варианте осуществления настоящего изобретения множество микроэлектронных модулей 301 размещены на крыльях 303, 304 летательного аппарата 302 в области передней кромки крыла с целью снижения потерь на трение на передней кромке крыла.

На фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема 400 одного из вариантов осуществления способа воздействия на поток текучей среды с использованием по меньшей мере одного микроэлектронного модуля или по меньшей мере одной матрицы модулей. На шаге 401 подают первое напряжение, которое преобразуют во второе напряжение, более высокое, более низкое или равное первому напряжению. С использованием второго напряжения на шаге 402 формируют гидродинамическое ускорение, являющееся функцией второго напряжения. На шаге 403 воздействуют на направление и/или скорость текучей среды с использованием сформированного гидродинамического ускорения.

Настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано главным образом на примере конкретных вариантов его осуществления, однако специалисты в данной области техники должны понимать, что в пределах сущности и объема настоящего изобретения, заданный приложенной формулой изобретения, возможны множество изменений в отношении вариантов его осуществления и конкретных деталей. Объем настоящего изобретения, таким образом, задан приложенной формулой изобретения, и следовательно, включает все изменения, соответствующие буквальным формулировкам или эквивалентам пунктов формулы изобретения.

Список обозначений

100, 201, 301 Модуль

101, 202 Преобразователь напряжения

103, 204 Активный элемент воздействия на поток

104, 205 Подложка

200 Матрица модулей

203 Переключательный элемент

300 Размещение

302 Летательный аппарат

303, 304 Крыло

400 Блок-схема алгоритма

401-403 Шаги способа

V1 Первое напряжение

V2 Второе напряжение

Предложен микроэлектронный модуль для воздействия на поток текучей среды. Модуль содержит по меньшей мере один преобразователь напряжения для преобразования поданного первого напряжения в более высокое, более низкое или равное ему второе напряжение. Модуль содержит также по меньшей мере один активный элемент воздействия на поток для воздействия на направление и/или скорость текучей среды, которая обтекает активный элемент воздействия на поток и/или протекает над ним. Преобразователь напряжения и/или активный элемент воздействия на поток размещены на тонкопленочной планарной подложке. Воздействие на направление и/или на скорость текучей среды зависит от гидродинамического ускорения, которое является функцией второго напряжения, поданного преобразователем напряжения на активный элемент воздействия на поток. Технический результат - обеспечение возможности регулирования направления аэродинамических поверхностей крыла. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Микроэлектронный модуль (100) для воздействия на поток текучей среды, содержащий:

по меньшей мере один преобразователь (101) напряжения для преобразования поданного первого напряжения (V1) в более высокое или более низкое второе напряжение (V2);

по меньшей мере один активный элемент (103) воздействия на поток для воздействия на направление и/или скорость текучей среды, которая обтекает активный элемент (103) воздействия на поток и/или протекает над ним;

при этом по меньшей мере преобразователь (101) напряжения и активный элемент (103) воздействия на поток размещены на тонкопленочной планарной подложке (104); и

воздействие на направление и/или на скорость текучей среды зависит от ускорения проходящего потока текучей среды, которое является функцией второго напряжения V2, поданного преобразователем (101) напряжения на активный элемент (103) воздействия на поток.

2. Микроэлектронный модуль по п. 1,

в котором преобразователь (101) напряжения содержит пьезоэлектрический преобразователь.

3. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором поданное первое напряжение (V1) для преобразователя (101) напряжения подают, по меньшей мере частично, с использованием внешнего источника напряжения.

4. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором подложка (104) также включает энерговырабатывающий элемент для формирования по меньшей мере части подаваемого первого напряжения (V1), или

подложка (104) также включает энерговырабатывающий элемент для формирования по меньшей мере части подаваемого первого напряжения (V1), при этом энерговырабатывающий элемент содержит батарею солнечных элементов.

5. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором тонкопленочная планарная подложка (104) является гибкой и/или способной деформироваться в нескольких направлениях пленкой или решеткой.

6. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором модуль (100) содержит множество активных элементов (103) воздействия на поток, при этом активные элементы (103) воздействия на поток имеют различную ориентацию или одинаковую ориентацию; или

модуль (100) содержит множество активных элементов (103) воздействия на поток и по меньшей мере один пассивный элемент воздействия на поток, при этом активные и/или пассивные элементы (103) воздействия на поток имеют различную ориентацию или одинаковую ориентацию.

7. Микроэлектронный модуль по п. 6,

в котором направление воздействия на текучую среду определяется ориентацией, зависящим от времени и/или зависящим от амплитуды напряжения управлением множеством активных элементов (103) воздействия на поток, или ориентацией пассивных элементов воздействия на поток.

8. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором модуль (100) содержит по меньшей мере один приемник, выполненный с возможностью приема сигнала, при этом переключательный элемент (102) способен переключаться в зависимости от этого сигнала; и/или

модуль (100) содержит по меньшей мере один передатчик, выполненный с возможностью передачи сигнала в приемник, при этом сигнал содержит по меньшей мере информацию о параметрах, зарегистрированных модулем (100).

9. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

содержащий по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью сбора информации о модуле (100), информации о текучей среде и/или информации об окружении модуля (100), при этом датчик представляет собой датчик давления, датчик температуры и/или датчик влажности.

10. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором определение давления, температуры и/или влажности, воздействующих на модуль (100) вследствие прохождения текучей среды, выполняют при помощи элемента (103) воздействия на поток и/или отдельного датчика.

11. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

который содержит управляющий элемент, выполненный с возможностью регулировки ускорения проходящего потока текучей среды на основе собранной информации; и/или

который содержит по меньшей мере один переключательный элемент (102) для включения и/или отключения модуля (100).

12. Микроэлектронный модуль по п. 1 или 2,

в котором преобразователь (101) напряжения, переключательный элемент (102), элемент (103) воздействия на поток, датчик, приемник, передатчик и/или управляющий элемент выполнены в виде MEMS-структуры.

13. Матрица (200) модулей, содержащая множество микроэлектронных модулей (201) по одному из предшествующих пунктов,

в которой активные и/или пассивные элементы (204) воздействия на поток упомянутого множества микроэлектронных модулей имеют, по меньшей мере частично, различную ориентацию.

14. Транспортное средство (302), на поверхности которого размещен по меньшей мере один микроэлектронный модуль (301) по одному из пп. 1-12,

при этом транспортное средство (302) представляет собой летательный аппарат, плавучее средство или наземное транспортное средство.

15. Способ (400) воздействия на поток текучей среды с использованием по меньшей мере одного микроэлектронного модуля по одному из пп. 1-12,

в котором воздействие на направление и/или скорость текучей среды, обтекающей поверхность и/или проходящей над поверхностью модуля, включает следующие шаги:

преобразование поданного первого напряжения в более высокое, более низкое или равное ему второе напряжение (401);

формирование ускорения проходящего потока текучей среды как функции второго напряжения (402); и

воздействие на направление и/или скорость текучей среды при помощи ускорения (403) проходящего потока текучей среды.