专利摘要

本发明公开了一种液囊型电液动力致动器及其制作方法，属于流体动力学领域，该致动器的液囊腔(4)、射流通道(5)和下腔体(11)在上弹性薄膜(1)和下弹性薄膜(7)之间形成一个密封腔体，腔体中充满具有电液动力效应的工作液。在下腔体(11)和注液孔(8)的中间具有一个由部分下硅基体(6)形成的孤岛(10)，孤岛(10)上具有正电极(9)。工作时，在正电极(9)和负电极(2)之间施加直流电压，密封腔体中的工作液从正电极(9)流向负电极(2)，从而冲压上弹性薄膜(1)使之产生鼓胀，形成干扰外流场或边界层的致动液囊。该致动器具有响应速度快，不需要额外辅助供液装置，结构简单等优点。

权利要求

1.一种液囊型电液动力致动器，其特征在于：从上到下依次包括有上弹性薄膜(1)，负电极(2)，上硅基体(3)，下硅基体(6)和下弹性薄膜(7)；一个由液囊腔(4)和射流通道(5)组成的空腔贯穿于其中的负电极(2)和上硅基体(3)两层，下腔体(11)和注液孔(8)贯穿于下硅基体(6)，液囊腔(4)、射流通道(5)和下腔体(11)在上弹性薄膜(1)和下弹性薄膜(7)之间形成一个密封腔体，腔体中充满具有电液动力效应的工作液；在下腔体(11)和注液孔(8)的中间具有一个由部分下硅基体(6)形成的孤岛(10)，孤岛(10)上具有正电极(9)。

2.一种如权利要求1所述的液囊型电液动力致动器，其特征在于：所述的上弹性薄膜(1)的材质是硅橡胶、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲烯。

3.一种如权利要求1所述的液囊型电液动力致动器，其特征在于：所述的下弹性薄膜(7)的材质是硅橡胶、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲烯。

4.一种如权利要求1所述的液囊型电液动力致动器，其特征在于：所述的负电极(2)的材质是铜或铬。

5.一种如权利要求1所述的液囊型电液动力致动器，其特征在于：所述的正电极(9)的材质是钛和铜，或钛和铬。

6.一种如权利要求1所述的液囊型电液动力致动器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在上硅基体上加工出致动器的液囊腔和射流通道；

2)通过电镀或溅射工艺在上硅基体的上表面沉积一层金属，作为负电极；

3)在液囊腔和射流通道中填充一种与负电极上表面持平的牺牲材料，然后均匀涂敷液态薄膜材料，凝固后形成上弹性薄膜，最后释放牺牲材料；

4)将液态薄膜材料均匀涂敷在下硅基体的下表面，凝固后形成下弹性薄膜；

5)通过电镀或溅射工艺在下硅基体的上表面沉积图形化的金属，作为正电极；

6)在下硅基体上加工出下腔体和注液孔；

7)键合或黏贴上硅基体和下硅基体；

8)通过注液孔往液囊腔、射流通道和下腔体形成的连通空腔中注入工作液，最后密封注液孔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于控制飞行器、航行器的外流场或边界层状态的液囊型电液动力致动器及其制作方法，属于流体动力学领域。

背景技术

主动流动控制技术属于流体动力学极力推动的重要前沿领域，可以大幅度改善飞行器、航行器的气动性能、升阻特性、操纵稳定性、减小抖振载荷等。主动流动控制方法主要包括气动控制面技术和吹吸气技术，目前采用气动控制面技术的器件主要有气泡致动器和形状记忆合金致动器。

2001年，美国加州工学院洛杉矶分校的研究人员在论文“Applications of MEMS Devices to Delta Wing Aircraft：From Concept Development to Transonic Flight Test”中提出的气泡型致动器，其工作原理如下：当致动器未充气时不产生致动，弹性薄膜与飞行器、航行器的外表面或翼面保持整体平齐，对流场没有影响；当通入压力气体时，致动器的弹性薄膜发生鼓胀，形成气泡，对流体产生扰动，可以改变流场状态或者影响边界层结构。2003年，美国德州农工大学航太系的Raghavendran Mani等人在文献“MEMS based Active Skin for Turbulent Drag Reduction”提出了采用形状记忆合金致动器来改变外流场的状态，进行湍流减阻。形状记忆合金致动器的致动部件主要由硅基体层、形状记忆合金层和聚合物层组成。在常温下，致动部件处在水平位置，不产生致动；随着温度升高，形状记忆合金层和硅基体层发生弯曲变形，带动聚合物层发生变形，从而实现了对流场的主动控制。

气泡致动器和形状记忆合金致动器在改变流场状态或影响边界层结构等主动流动控制领域都取得了较好的实验效果，但是气泡致动器需要外界辅助供气装置，而形状记忆合金致动器响应速度太慢，所以在应用范围上和控制能力上受到限制。

发明内容

为了克服现有气泡致动器和形状记忆合金致动器的弊端，本发明提出一种液囊型电液动力致动器及其制作方法。该致动器是基于电液动力学的原理进行驱动，控制方便、结构简单、响应速度快，无需外界辅助装置。

本发明提出的液囊型电液动力致动器从上到下依次包括有：上弹性薄膜1，负电极2，上硅基体3，下硅基体6和下弹性薄膜7。一个由液囊腔4和射流通道5组成的空腔贯穿于其中的负电极2和上硅基体3两层，下腔体11和注液孔8贯穿于下硅基体6，液囊腔4、射流通道5和下腔体11在上弹性薄膜1和下弹性薄膜7之间形成一个密封腔体，腔体中充满具有电液动力效应的工作液。在下腔体11和注液孔8的中间具有一个由部分下硅基体6形成的孤岛10，孤岛10上具有正电极9。

所述弹性薄膜，其材质是硅橡胶、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲烯。

所述正电极9的材质是钛和铜，或钛和铬；所述负电极2的材质是铜或铬。

工作时，参阅图2，在正电极9和负电极2之间施加直流电压，在射流通道5中产生射流现象，使得密封腔体中的工作液从正电极9流向负电极2，从而冲压上弹性薄膜1使之产生鼓胀，形成干扰外流场或边界层的致动液囊，同时下腔体11处的下弹性薄膜7向上弯曲。

一种上述液囊型电液动力致动器的制作方法，包括以下步骤：

1)在上硅基体上加工出致动器的液囊腔和射流通道；

2)通过电镀或溅射工艺在上硅基体的上表面沉积一层金属，作为负电极；

3)在液囊腔和射流通道中填充一种与负电极上表面持平的牺牲材料，然后均匀涂敷液态薄膜材料，凝固后形成上弹性薄膜，最后释放牺牲材料；

4)将液态薄膜材料均匀涂敷在下硅基体的下表面，凝固后形成下弹性薄膜；

5)通过电镀或溅射工艺在下硅基体的上表面沉积图形化的金属，作为正电极；

6)在下硅基体上加工出下腔体和注液孔；

7)键合或黏贴上硅基体和下硅基体；

8)通过注液孔往液囊腔、射流通道和下腔体形成的连通空腔中注入工作液，最后密封注液孔。

本发明的有益效果是：由于采用的是电液动力溶液，致动响应速度快；工作液直接存储在液囊型电液动力致动器内部，只需施加直流电压就能独立工作，而不需要额外辅助供液装置，从而简化了致动器的结构、减轻了致动器重量。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明的液囊型电液动力致动器结构示意图

图2是本发明的液囊型电液动力致动器工作示意图。

图中，1-上弹性薄膜，2-负电极，3-上硅基体，4-液囊腔，5-射流通道，6-下硅基体，7-下弹性薄膜，8-注液孔，9-正电极，10-孤岛，11-下腔体。

具体实施方式

具体实施例1：

参照图1，本实施例提出的液囊型电液动力致动器从上到下依次包括有：上弹性薄膜1，负电极2，上硅基体3，下硅基体6和下弹性薄膜7。上弹性薄膜1和下弹性薄膜7的材料为硅橡胶，负电极2的材料为金属铜。一个由液囊腔4和射流通道5组成的空腔贯穿于其中的负电极2和上硅基体3两层，下腔体11和注液孔8贯穿于下硅基体6，液囊腔4、射流通道5和下腔体11在上弹性薄膜1和下弹性薄膜7之间形成一个密封腔体，腔体中充满癸二酸二丁酯。在下腔体11和注液孔8的中间具有一个由部分下硅基体6形成的孤岛10，孤岛10上具有材料为金属钛和铜的正电极9。

本实施例的液囊型电液动力致动器的制作工艺包括如下步骤：

1)将上硅基体3的上下表面抛光，通过光刻工艺和各向同性溶液HNA加工出液囊腔4，采用30％各向异性溶液氢氧化钾刻蚀出射流通道5；

2)在上硅基体3的上表面溅射金属铜作为负电极2；

3)在液囊腔和射流通道中填充与负电极2上表面持平的石蜡，并均匀涂敷液态硅橡胶，凝固后形成上弹性薄膜1，最后熔化释放石蜡；

4)将下硅基体6的上下表面抛光，在下硅基体6的下表面均匀涂敷液态硅橡胶，凝固后形成下弹性薄膜7；

5)通过光刻工艺和溅射工艺沉积金属钛和铜形成正电极9；

6)通过光刻工艺和30％各向异性溶液氢氧化钾刻蚀出下腔体11和注液孔8；

7)键合上硅基体3和下硅基体6；

8)通过注液孔往液囊腔、射流通道和下腔体形成的连通空腔中注入癸二酸二丁酯，最后密封注液孔。

具体实施例2：

参照图1，本实施例提出的液囊型电液动力致动器从上到下依次包括有：上弹性薄膜1，负电极2，上硅基体3，下硅基体6和下弹性薄膜7。上弹性薄膜1和下弹性薄膜7的材料为聚二甲基硅氧烷，负电极2的材料为金属铬。一个由液囊腔4和射流通道5组成的空腔贯穿于其中的负电极2和上硅基体3两层，下腔体11和注液孔8贯穿于下硅基体6，液囊腔4、射流通道5和下腔体11在上弹性薄膜1和下弹性薄膜7之间形成一个密封腔体，腔体中充满癸二酸二丁酯。在下腔体11和注液孔8的中间具有一个由部分下硅基体6形成的孤岛10，孤岛10上具有材料为金属钛和铬的正电极9。

本实施例的液囊型电液动力致动器的制作工艺包括如下步骤：

1)将上硅基体3的上下表面抛光，通过光刻工艺和各向同性溶液HNA加工出液囊腔4，采用30％各向异性溶液氢氧化钾刻蚀出射流通道5；

2)在上硅基体3的上表面溅射金属铬作为负电极2；

3)在液囊腔和射流通道中填充与负电极2上表面持平的石蜡，并均匀涂敷液态聚二甲基硅氧烷，凝固后形成上弹性薄膜1，最后熔化释放石蜡；

4)将下硅基体6的上下表面抛光，在下硅基体6的下表面均匀涂敷液态聚二甲基硅氧烷，凝固后形成下弹性薄膜7；

5)通过光刻工艺和溅射工艺沉积金属钛和铬形成正电极9；

6)通过光刻工艺和30％各向异性溶液氢氧化钾刻蚀出下腔体11和注液孔8；

7)键合上硅基体3和下硅基体6；

8)通过注液孔往液囊腔、射流通道和下腔体形成的连通空腔中注入癸二酸二丁酯，最后密封注液孔。

一种液囊型电液动力致动器及其制作方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。