专利名称：一种微型水下推进器及其制备方法
技术领域：
本发明是一种微型水下推进器，具体为采用微加工技术制作的一种利用高压电极瞬间放电、加热，而使液体迅速汽化，体积迅速膨胀，体积膨胀的汽、液混合体从喷射口喷出，喷射反作用力作为推动力的水下推进器。微型水下推进器是微型水下机器人、机器鱼等智能设备的重要组成部分，属于微型水下推进技术领域。
背景技术：
基于现代微加工技术的微型水下推进器具有功耗低、成本低、体积小、结构简单、无机械部件、无摩擦损耗等优点，在微型水下机器人、微型机器鱼、水下探测与传感检测等方面具有重要的应用。而目前微型水下推进器中大都采用螺旋桨和新型复合材料的变形驱动，但是在微小型驱动中，由于摩擦阻力占整体能耗的比重较高，因此螺旋桨或其它功能材料的变形驱动效率较低。在此背景下，本发明提出一种周期性热膨胀喷射式微型水下推进 器，该微型水下推进器利用高压电极间的瞬间放电加热，使液体汽化，汽体的爆破式喷射作为驱动力。
发明内容
本发明的目的在于克服微型水下推进器机械部件如螺旋桨、记忆合金、变形复合材料等效率低、故障率高等缺点，设计一种采用高压电极间的瞬间放电加热，使液体汽化，并产生微型爆破式喷射力的微型水下推进器。本发明微型水下推进器的结构示意图如图I-图4所示，其特征在于它包括有前进端盖I、电源引出导线2、电源引出弹簧一 3、纽扣电池组4、电源引出弹簧二 5、推进器外壳6、控制电路7、密封隔膜8、放电电极一 9、放电电极二 10、推进端端盖11和喷射孔12组成。所述的前进端盖I与推进器外壳6安装在一起，电源引出导线2 —端与电源引出弹簧一 3相连接，电源引出导线2的另一端与控制电路7相连，电源引出导线2的中间部分嵌入在前进端盖I和推进器外壳6内；所述的纽扣电池组4的一端与电源引出弹簧一 3相导通，纽扣电池组4的另一端与电源引出弹簧二 5连接，所述的控制电路7主要由升压电路15和脉冲控制电路18组成，控制电路7安装在推进器外壳6内，所述的密封隔膜8安装在推进器外壳6内，密封隔膜8 一侧与控制电路7相连,放电电极一 9和放电电极二 10都安装在密封隔膜8上，并穿过密封隔膜8分别与控制电路7相连通，推进端端盖11连接接在推进器外壳6上，所述的推进端端盖11上采用微加工技术加工出喷射孔12。所述的控制电路7中升压电路正极13与电源引出导线2相连，升压电路负极14与电源引出弹簧二 5相连，升压电路15将电压升高后分别通过升压后正极16和升压后负极17与脉冲控制电路18相连，脉冲控制电路18通过脉冲正极19和脉冲负极20分别与放电电极一 9和放电电极二 10相连。前进端盖I和推进端端盖11通过螺纹或胶粘接在推进器外壳(6)上。
所述的前进端盖I、推进端端盖11和喷射孔12采用不锈钢或尼龙材料。所述的电源引出弹簧一 3、和电源引出弹簧二 5选用铜合金进行高温精密绕制。所述的推进器外壳6和密封隔膜8采用不锈钢或特氟隆材料。所述的放电电极一 9、放电电极二 10为采用钨丝材料。所述的控制电路7采用多层电路板技术将升压电路15、脉冲控制电路18集中制作在一起，并采用环氧树脂灌装成圆柱状。本发明的微型水下推进器的工作原理和过程如下步骤I.控制电路7将纽扣电池组4的电压进行3-10的倍提升，转换成脉冲电压，并将正负极电压分别传导给放电电极一 9、放电电极二 10，使放电电极一 9、放电电极二 10间瞬间放电产生电火花，对两电极其间的液体进行加热，致使电极间液体瞬间汽化，体积膨 胀，汽、液混合体从喷射孔12爆炸式喷出，同时对推进器产生反作用力，从而推动整个微型水下推进器前进。步骤2.汽、液混合体喷射后，周围液体对密封隔膜8和推进端端盖11间的腔体进行冷却，腔体内汽、液混合体体积缩小，推进器外的液体由喷射孔12慢速回流进由密封隔膜8和推进端端盖11组成的腔体。由以上步骤I和步骤2交替进行，从而实现微型水下推进器的前进。本发明的微型水下推进器的制作方法如下I.各元器件的制备a.微型水下推进器的前进端盖I、推进端端盖11和喷射孔12采用激光雕刻进行加工，或精密车削和精密铣的方法进行加工。b.电源引出导线2、和纽扣电池组4在电子市场购置。c.电源引出弹簧一 3、和电源引出弹簧二 5进行高温精密绕制。d.推进器外壳6和密封隔膜8采用精密车削加工。e.放电电极一 9、放电电极二 10为采用电解法制备的放电尖端。f.控制电路7采用多层电路板技术将升压电路15、脉冲控制电路18集中制作在一起，并采用环氧树脂灌装成圆柱状。2.组装a.将放电电极一 9、放电电极二 10安装在密封隔膜8上，并使两电极贯串密封隔膜8，两电极在密封隔膜8的另一侧留有两电极的探出部分。b.将密封隔膜8安装进推进器外壳6的合适位置，采用胶粘接实现将密封隔膜8左右两侧密封。将推进端端盖11通过螺纹或胶粘接在推进器外壳6的右端。c.将控制电路7从左端安装进推进器外壳6内，并使将控制电路7的输出电压分别与放电电极一 9和放电电极二 10相导通。将电源引出导线2的一端与控制电路7相连，并嵌入推进器外壳6内，依次装入电源引出弹簧二 5、纽扣电池组4和电源引出弹簧一 3，将电源引出导线2的另一端与电源引出弹簧一 3相连。d.最后将前进端盖I采用螺纹或胶粘接在推进器外壳6的右端。本发明可以取得如下有益效果利用高压电极间的瞬间放电加热，使液体汽化，汽体的爆破式喷射作为驱动力，整个推动器没有机械运转部件，无摩擦损耗，具有结构简单、效率闻和可罪性闻等优点。
图I :本发明的外观结构示意2 :本发明的结构示意图的全剖正视3 :本发明结构示意图的全剖侧视4 :本发明控制电路组成框中1.前进端盖，2.电源引出导线，3.电源引出弹簧一，4.纽扣电池组，5.电源引出弹簧二，6.推进器外壳，7.控制电路，8.密封隔膜，9.放电电极一，10.放电电极二，11.推进端端盖，12.喷射孔，13.升压电路正极，14.升压电路负极，15.升压电路，16.升压后正极，17.升压后负极，18.脉冲控制电路，19.脉冲正极，20.脉冲负极。
具体实施例方式·结合附图1-4采用微加工、粘接、焊接和电路制作技术进行设计、加工和组装。3.各元器件的制备a.微型水下推进器的前进端盖I、推进端端盖11和喷射孔12可采用不锈钢或尼龙等材料采用激光雕刻进行加工，但不限于这种加工方法，也可采用精密车削和精密铣的方法进行加工，前进端盖I、推进端端盖11的直径可设计为4-9毫米，喷射孔12的直径设计为20-60微米。b.电源引出导线2、和纽扣电池组4可在电子市场购置。c.电源引出弹簧一 3、和电源引出弹簧二 5可选用导电和弹性较好铜合金进行高温精密绕制。d.推进器外壳6和密封隔膜8可采用不锈钢或特氟隆等材料采用精密车削加工。e.放电电极一 9、放电电极二 10可采用较细的钨丝采用电解法制备放电尖端。f.控制电路7可采用多层电路板技术将升压电路、脉冲控制电路集中制作在一起，并采用环氧树脂灌装成圆柱状。4.组装a.将放电电极一 9、放电电极二 10安装在密封隔膜8上，并使两电极贯串密封隔膜8，如图2所示，两电极在密封隔膜8的另一侧留有两电极的探出部分。b.将密封隔膜8安装进推进器外壳6的合适位置，采用胶粘接实现将密封隔膜8左右两侧密封。将推进端端盖11通过螺纹或胶粘接在推进器外壳6的右端。c.将控制电路7从左端安装进推进器外壳6内，并使将控制电路7的输出电压分别与放电电极一 9和放电电极二 10相导通。将电源引出导线2的一端与控制电路7相连，并嵌入推进器外壳6内，依次装入电源引出弹簧二 5、纽扣电池组4和电源引出弹簧一 3，将电源引出导线2的另一端与电源引出弹簧一 3相连。d.最后将前进端盖I采用螺纹或胶粘接在推进器外壳6的左端。以上为本发明的一个优选实施例，但是本发明的内容不仅仅局限于此。
权利要求
1.一种微型水下推进器，其特征在于其包括前进端盖(I)、电源引出导线(2)、电源引出弹簧一(3)、纽扣电池组(4)、电源引出弹簧二(5)、推进器外壳(6)、控制电路(7)、密封隔膜(8)、放电电极一(9)、放电电极二(10)、推进端端盖(11)和喷射孔(12)； 所述的前进端盖(I)连接在推进器外壳(6 )的一端，电源引出导线(2 ) —端与电源引出弹簧一(3)相连接，电源引出导线(2)的另一端与控制电路(7)相连，电源引出导线(2)的中间部分嵌入在前进端盖(I)和推进器外壳出)内；所述的纽扣电池组(4)的一端与电源引出弹簧一(3)相导通，纽扣电池组(4)的另一端与电源引出弹簧二(5)连接，所述的控制电路(7 )主要由升压电路(15 )和脉冲控制电路(18 )组成，控制电路(7 )安装在推进器外壳(6)内，所述的密封隔膜(8)安装在推进器外壳(6)内，密封隔膜(8)—侧与控制电路(7)远离纽扣电池组(4) 一端相连，密封隔膜(8)将推进器外壳(6)的内腔分隔为两部分，放电电极一(9)和放电电极二(10)都安装在密封隔膜(8)的另一侧上，并穿过密封隔膜(8)分别与控制电路(7)相连通，推进端端盖(11)连接接在推进器外壳(6)靠近放电电极一(9)和放电电极二(10)的一端，所述的推进端端盖(11)上采用微加工技术加工出喷射孔(12)； 所述的控制电路(7)中升压电路正极(13)与电源引出导线(2)相连，升压电路负极(14)与电源引出弹簧二(5)相连，升压电路(15)将电压升高后分别通过升压后正极(16)和升压后负极(17)与脉冲控制电路(18)相连，脉冲控制电路(18)通过脉冲正极(19)和脉冲负极(20)分别与放电电极一(9)和放电电极二(10)相连。
2.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于前进端盖(I)和推进端端盖(11)通过螺纹或胶粘接在推进器外壳(6)上。
3.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述的电源引出弹簧一(3 )、和电源引出弹簧二( 5 )选用铜合金进行高温精密绕制。
4.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述的推进器外壳(6)和密封隔膜(8)采用不锈钢或特氟隆材料。
5.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述的放电电极一(9)、放电电极二(10)为采用钨丝材料。
6.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述的控制电路(7)采用多层电路板技术将升压电路(15)、脉冲控制电路(18)集中制作在一起，并采用环氧树脂灌装成圆柱状。
7.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述的推进器外壳(6)的形状为圆筒形，推进器外壳(6)前进端盖(I)、推进端端盖(11)的直径为4-9毫米，所述的前进端盖(I)、推进端端盖(11)和喷射孔(12 )采用不锈钢或尼龙材料。
8.根据权利要求I所述的一种微型水下推进器，其特征在于所述喷射孔(12)的直径为20-60微米。
9.权利要求I至权利要求8任一权利要求所述的一种微型水下推进器，其特征在于其工作过程如下 步骤I.控制电路(7)将纽扣电池组(4)的电压进行3-10的倍提升，转换成脉冲电压，并将正负极电压分别传导给放电电极一(9)、放电电极二( 10),使放电电极一(9)、放电电极二(10)间瞬间放电产生电火花，对两电极其间的液体进行加热，致使电极间液体瞬间汽化，体积膨胀，汽、液混合体从喷射孔(12)爆炸式喷出，同时对推进器产生反作用力，从而推动整个微型水下推进器前进； 步骤2.汽、液混合体喷射后，周围液体对密封隔膜(8)和推进端端盖(11)间的腔体进行冷却，腔体内汽、液混合体体积缩小，推进器外的液体由喷射孔(12)慢速回流进由密封隔膜(8 )和推进端端盖(11)组成的腔体； 由以上步骤I和步骤2交替进行，从而实现微型水下推进器的前进。
10.权利要求I至权利要求8任一权利要求所述的一种微型水下推进器的制作方法，其特征在于其包括如下制作步骤 51:各兀器件的制备 a.微型水下推进器的前进端盖(I)、推进端端盖(11)和喷射孔(12)采用激光雕刻进行加工，或精密车削和精密铣的方法进行加工； b.电源引出导线(2)、和纽扣电池组(4)在电子市场购置； c.电源引出弹簧一(3)、和电源引出弹簧二( 5 )进行高温精密绕制； d.推进器外壳(6)和密封隔膜(8)采用精密车削加工； e.放电电极一(9)、放电电极二(10)为采用电解法制备的放电尖端； f.控制电路(7)采用多层电路板技术将升压电路(15)、脉冲控制电路(18)集中制作在一起，并采用环氧树脂灌装成圆柱状； 52:组装 a.将放电电极一(9)、放电电极二(10)安装在密封隔膜(8)上，并使两电极贯串密封隔膜(8)，两电极在密封隔膜(8)的另一侧留有两电极的探出部分； b.将密封隔膜(8)安装进推进器外壳(6)的合适位置，采用胶粘接实现将密封隔膜(8)左右两侧密封；将推进端端盖(11)通过螺纹或胶粘接在推进器外壳出)的右端； c.将控制电路(7)从左端安装进推进器外壳(6)内，并使将控制电路(7)的输出电压分别与放电电极一(9 )和放电电极二( 10 )相导通；将电源引出导线(2 )的一端与控制电路(7)相连，并嵌入推进器外壳(6)内，依次装入电源引出弹簧二(5)、纽扣电池组(4)和电源引出弹簧一(3)，将电源引出导线(2)的另一端与电源引出弹簧一(3)相连。
全文摘要
一种微型水下推进器及其制备方法，属于微型水下推进技术领域，其包括有前进端盖(1)、电源引出导线(2)、电源引出弹簧一(3)、纽扣电池组(4)、电源引出弹簧二(5)、推进器外壳(6)、控制电路(7)、密封隔膜(8)、放电电极一(9)、放电电极二(10)、推进端端盖(11)和喷射孔(12)。放电电极一(9)、放电电极二(10)间瞬间放电产生电火花，对两电极其间的液体进行加热，致使电极间液体瞬间汽化，体积膨胀，汽、液混合体从喷射孔(12)爆炸式喷出，同时对推进器产生反作用力，从而推动整个微型水下推进器前进。本发明整个推动器没有机械运转部件，无摩擦损耗，具有结构简单、效率高和可靠性高等优点。
文档编号B63H11/00GK102923289SQ20121025641
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者刘本东, 吴育德, 李德胜 申请人:北京工业大学