专利名称：超声水下推进器的制作方法
技术领域：
本发明属于超声应用领域，特别涉及一种水下动力推进装置的结构设计。
传统的水下推进装置多为轴动力螺旋桨推进，通过轴将电磁电机或内燃机等输出的动力传到螺旋桨上，螺旋桨划水产生对船体的推进力。由于轴与船体间存在缝隙，当船体在水下工作时需要有专门的排水装置。在有大量水草等障碍时，螺旋桨易被缠绕而无法可靠工作。传统的推进装置多为金属结构，尤其是小型推进器上多使用电磁马达动力装置。这样的装置无法在强磁环境下可靠工作。已有的水下动力装置多存在低频的工作噪声，在军事应用中易被敌方声纳探测到，隐蔽性不好。由于已有的水下推进装置在工作时需要较多的辅助部件，使得整体结构多较复杂，微型化有较高的工艺难度，即使能微型化通常也因输出功率太小而失去实用意义。
本发明的目的是为了解决上述传统水下推进器存在的问题，设计出一种新型的基于超声应用的水下推进装置。它利用压电陶瓷产生超声波，依靠超声波在液体(水)中的辐射时产生的反作用力推动装置运动。这种装置不存在沿轴渗水、工作噪声、磨损、恶劣环境下工作不可靠等问题，而且结构比较简单易于实现微型化。
本发明提出的一种超声水下推进器，其特征在于，包括船体、驱动及控制电路部分、橡胶密封圈、压电元件；其中，船体一端为封闭的底壳，橡胶密封圈粘接在船体另一端口的内壁上，压电元件嵌套在橡胶密封圈中，电源及控制部分安装在船舱体内。所说的电源及控制部分可采用公知的通用器件。
所说的压电元件可采用压电陶瓷片构成平面型。
所说的压电元件可由压电陶瓷片与其相连的金属聚焦头组成构成聚焦型。聚焦型有利于提高工作效率的形式。
本发明装置的工作原理为在压电元件(压电片等)上加上交流电信号，通过压电片的逆压电效应及其压电器件的机械振动。这种类似于鼓膜的振动将向压电元件两侧辐射与电信号相同频率的声波。本发明使用的信号频率为几十千赫兹至数兆赫兹，因此，辐射出的声波为超声波。由于超声波在向水中辐射时会产生辐射压，这种压力的反作用力将推动船体向前运动。
本发明为全封闭结构，不存在渗水问题，也不受水草等障碍物影响。而本发明装置的核心压电陶瓷则具有良好的抗辐射、抗电磁干扰性能，该水下动力装置工作在超声频率下，而超声波在水及空气中均能迅速衰减掉，不易被侦测到，具有极高的隐蔽性。本装置主要结构只有四个简单的部分，而且压电陶瓷具有很高的功率密度在小尺寸下能可有较大的驱动功输出，这些为整个装置的微型化及在微小结构下的实用化创造了非常有利的条件。
本发明驱动及控制电路的工作频率可根据需要设计为低频(＜20KHz)、中频(20KHz-100KHz)或高频(＞100KHz)。工作环境可为水或其它液体。压电陶瓷元件可用其它新材料取代。
基于上述优点，本发明必将在生物、医疗、微机械、海洋声学、国防科技等方面有着广阔的应用前景。
附图简要说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二的结构示意图。
本发明的两种实施例结合附图详细说明如下实施例一为一种平面型超声水下驱动器，其结构如图1所示，包括船体11、驱动及控制电路部分12、橡胶密封圈13、压电陶瓷片14。其中，船体11为中空圆柱体，其一端为封闭的球形底壳，橡胶密封圈13粘接须另一端口的内壁上，压电陶瓷片14嵌套在橡胶密封圈13中，电源及控制部分12安装在船舱体11内。
组装时先在压电片14电极上焊好导线，套上橡胶密封圈13；把驱动电路放入舱体中，连好导线；将橡胶密封圈13连同压电陶瓷片14一起塞入船体11口部，放入水中检查密封性。以上完成后，将推进部分浸入水中，可加电测试，电压逐步提高至有明显驱动效果。经初步测试，在输入电压为30V，信号峰峰值约60V时，船体可以在水槽中明显向前运动起来。
实施例二为一种聚焦型超声水下驱动器，图2为其结构示意图，包括有机玻璃船体21、驱动及控制电路22、压电陶瓷片23、橡胶密封环24、金属聚焦头25。其中，船体21为中空圆柱体，其一端为封闭的球形底壳，橡胶密封圈24粘接须另一端口的内壁上，金属聚焦头25嵌套在橡胶密封圈24中，压电陶瓷片23粘接在该金属聚焦头25内表面，驱动用自激振荡电源22安装在船舱体11内。组装时应先将压电陶瓷片粘到金属聚焦头上，待胶固化后在压电陶瓷片上焊上导线与驱动电源相连。将电源固定在船舱中，把压电元件(压电陶瓷片与金属聚焦头复合体)塞到橡胶环中，最后将橡胶环塞进船体。将船体放入水中，接通电源时压电陶瓷片工作起来，在时就可以看到船体在水中向前运动了。
在使用聚焦型结构后，较之平面型超声水下驱动器(实施例一)可以有更好的效果。可见该驱动器的驱动效果主要依赖于压电陶瓷片向外辐射超声波的能力，因此针对具体应用环境对船体结构进行优化设计可在一定程度上提高该驱动器的驱动效率。
权利要求
1.一种超声水下推进器，其特征在于，包括船体、驱动及控制电路部分、橡胶密封圈、压电元件；其中，船体一端为封闭的底壳，橡胶密封圈粘接在船体另一端口的内壁上，压电元件嵌套在橡胶密封圈中，电源及控制部分安装在船舱体内。
2.如权利要求1所述的超声水下推进器，其特征在于，所说的压电元件采用压电陶瓷片构成平面型。
3.如权利要求1所述的超声水下推进器，其特征在于，所说的压电元件由压电陶瓷片与其相连的金属聚焦头组成构成聚焦型。
全文摘要
本发明属于超声应用领域,包括船体、驱动及控制电路部分、橡胶密封圈、压电元件;其中,船体一端为封闭的底壳,橡胶密封圈粘接在船体另一端口的内壁上,压电元件嵌套在橡胶密封圈中,电源及控制部分安装在船舱体内。本发明的这种装置不存在沿轴渗水、工作噪声、磨损、恶劣环境下工作不可靠等问题,而且结构比较简单易于实现微型化。
文档编号B63H19/00GK1272441SQ0010617
公开日2000年11月8日 申请日期2000年4月28日 优先权日2000年4月28日
发明者姜开利, 周铁英, 袁世明, 于仁国 申请人:清华大学