一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统及其方法

本发明涉及压电作动和水下螺旋桨矢量推进系统领域，尤其涉及一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统及其方法。

背景技术：

海洋在我国国防建设和经济发展中占有举足轻重的地位。由于海洋资源勘探以及国防建设需要，水下推进系统得到了很大发展。螺旋桨矢量水下推进系统实用性强、可靠便捷，技术成熟操作便利，是水下推进系统的主要研究对象。然而，现有的螺旋桨矢量推进系统存在许多缺点，比如，复杂的传动结构导致多种运动耦合使得传动精度下降、深海高压环境下机体以及电机密封困难。

压电驱动是一种利用压电材料逆压电效应激发弹性体微幅振动，并通过摩擦作用将振动转换成宏观运动的直接驱动方式。采用压电驱动技术将水下推进系统设计成无包裹结构，压电驱动元件可以直接在海水环境下运行，结构上不会存在密封问题。采用压电驱动的水下螺旋桨矢量推进系统可以直接驱动无需传动机构，有利于轻量化、小型化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统及其方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统，包含压电驱动单元、第一至第二螺旋桨、以及第一至第二方向舵；

所述压电驱动单元包含金属基体、以及第一至第八压电陶瓷片；

所述金属基体包含基座、第一至第二作动头、第一至第二连杆、以及第一至第二转动座；

所述基座为关于其中心轴线对称的八棱柱，包含第一至第二端面、以及依次相连的第一至第八侧壁；

所述第一作动头、第二作动头结构相同，均为半圆柱；第一作动头、第二作动头的底面分别固定在基座的第一端面、第二端面上，且第一作动头、第二作动头的底面中心均位于基座的轴线上；第一作动头的两个端面分别和基座的第一侧壁、第五侧壁位于同一平面，第二作动头的两个端面分别和基座的第三侧壁、第七侧壁位于同一平面，即第一驱动头、第二驱动头正交设置；

所述第一至第二转动座结构相同，均为一端开口一端封闭的空心圆柱体；

所述第一至第二连杆结构相同，其中，第一连杆一端和所述第一转动座的端壁同轴固连，另一端和所述第一作动头的侧壁固连；第二连杆一端和所述第二转动座的端壁同轴固连，另一端和所述第二作动头的侧壁固连；第一连杆、第二连杆均和所述基座同轴；

所述第一至第八压电陶瓷片结构相同，其中，第一、第五压电陶瓷片设置在基座的第一侧壁上，第二、第六压电陶瓷片设置在基座的第三侧壁上，第三、第七压电陶瓷片设置在基座的第五侧壁上，第四、第八压电陶瓷片设置在基座的第七侧壁上；第一至第四压电陶瓷片的中心位于同一平面，第五至第八压电陶瓷片的中心位于同一平面，且第一至第八压电陶瓷片关于基座的中心呈中心对称、均沿其厚度方向同时朝外或同时朝内极化；

所述第一螺旋桨、第二螺旋桨均包含固定轴、转筒、n个叶片、预紧螺栓、弹簧、以及n个作动杆，n为大于等于2的自然数，其中，所述转筒为沿其轴线设有和所述固定轴相匹配的通孔的圆柱体；所述固定轴一端设有和所述预紧螺栓相配合的螺纹，和所述预紧螺栓螺纹相连；固定轴的另一端穿过固定轴上的通孔，和固定轴转动连接；所述弹簧设置在预紧螺栓和转筒之间的固定轴上，弹簧一端和预紧螺栓相抵、另一端和转筒相抵；所述n个叶片周向均匀设置在所述转筒的外壁上；所述n个作动杆周向均匀设置在固定轴外，且n个作动杆的一端和n个叶片一一对应固连；

所述第一螺旋桨固定轴的另一端和所述第一转动座端壁同轴固连，使得第一螺旋桨n个作动杆的另一端在其弹簧的弹力作用下伸入第一转动座内抵住第一转动座的端壁；

所述第二螺旋桨固定轴的另一端和所述第二转动座端壁同轴固连，使得第二螺旋桨n个作动杆的另一端在其弹簧的弹力作用下伸入第二转动座内抵住第二转动座的端壁；

所述第一螺旋桨、第二螺旋桨叶片的旋向相反；

所述第一方向舵、第二方向舵均包含第一至第二夹板、第一至第四固定螺栓、第一至第二拉簧、以及方向板，其中，所述方向板为弧形长条板，其中心设有通孔，方向板的两条侧边上分别设有和其垂直固连的第一转柱、第二转柱，所述第一转柱、第二转柱同轴，且方向板关于经过第一转轴轴线且垂直于方向板的平面呈镜面对称；所述第一夹板、第二夹板结构相同，均为矩形板，且该矩形板一条短边的中点处设有垂直于板面的半圆柱通槽；所述第一夹板上设有两个分别供所述第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过的通孔，第二夹板上设有两个分别供第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过的通孔；

所述基座第三侧壁上设有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第一螺纹孔以及和第一方向舵第二固定螺栓相匹配的第二螺纹孔，其中，第一螺纹孔、第二螺纹孔将第二压电陶瓷片夹在其中且第一螺纹孔和第一作动头之间的距离小于第二螺纹孔和第一作动头之间的距离；所述第一方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过第一方向舵第一夹板上其对应的通孔后分别和第一螺纹孔、第二螺纹孔对应螺纹连接，将第一方向舵第一夹板固定在基座的第三侧壁上；所述第二压电陶瓷片被夹在第一方向舵第一夹板和基座第三侧壁之间，且第一方向舵第一夹板上的通槽位于第一固定螺栓和第一转动座之间；

所述基座第七侧壁上设有和所述第一方向舵第三固定螺栓相匹配的第三螺纹孔以及和第一方向舵第四固定螺栓相匹配的第四螺纹孔，其中，第三螺纹孔、第四螺纹孔将第四压电陶瓷片夹在其中且第三螺纹孔和第一作动头之间的距离小于第四螺纹孔和第一作动头之间的距离；所述第一方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过第一方向舵第二夹板上其对应的通孔后分别和第三螺纹孔、第四螺纹孔对应螺纹连接，将第一方向舵第二夹板固定在基座的第七侧壁上；所述第四压电陶瓷片被夹在第一方向舵第二夹板和基座第七侧壁之间，且第一方向舵第二夹板上的通槽位于第三固定螺栓和第一转动座之间；

所述第一方向舵中：方向板套在第一连杆外，方向板的内壁和第一作动头相抵；第一转柱、第二转柱分别对应位于第一夹板、第二夹板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一转柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二转柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上；

所述基座第一侧壁上设有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第五螺纹孔以及和第二方向舵第二固定螺栓相匹配的第六螺纹孔，其中，第五螺纹孔、第六螺纹孔将第五压电陶瓷片夹在其中且第五螺纹孔和第二作动头之间的距离小于第六螺纹孔和第二作动头之间的距离；所述第二方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过第二方向舵第一夹板上其对应的通孔后分别和第五螺纹孔、第六螺纹孔对应螺纹连接，将第二方向舵第一夹板固定在基座的第一侧壁上；所述第五压电陶瓷片被夹在第二方向舵第一夹板和基座第一侧壁之间，且第二方向舵第一夹板上的通槽位于第一固定螺栓和第二转动座之间；

所述基座第五侧壁上设有和所述第二方向舵第三固定螺栓相匹配的第七螺纹孔以及和第二方向舵第四固定螺栓相匹配的第八螺纹孔，其中，第七螺纹孔、第八螺纹孔将第七压电陶瓷片夹在其中且第七螺纹孔和第二作动头之间的距离小于第八螺纹孔和第二作动头之间的距离；所述第二方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过第二方向舵第二夹板上其对应的通孔后分别和第七螺纹孔、第八螺纹孔对应螺纹连接，将第二方向舵第二夹板固定在基座的第五侧壁上；所述第七压电陶瓷片被夹在第二方向舵第二夹板和基座第五侧壁之间，且第二方向舵第二夹板上的通槽位于第三固定螺栓和第二转动座之间；

所述第二方向舵中：方向板套在第二连杆外，方向板的外壁和第二作动头相抵；第一转柱、第二转柱分别对应位于第一夹板、第二夹板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一转柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二转柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上。

作为本发明一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统进一步的优化方案，n取3。

作为本发明一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统进一步的优化方案，所述第一至第八压电陶瓷片的表面均涂有硅橡胶或dp460环氧胶水。

本发明还公开了一种该贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统的平动方法，包含如下步骤：

分别对第一、第五压电陶瓷片施加第一信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第二信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第三信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第四信号；所述第一至第四信号均为交流谐波信号，第一至第四电信号在时间相位上相同，在电信号激励下，压电驱动单元金属基体上产生一阶纵振模态，在一个振动周期内：

压电驱动单元伸长前，第一、第二螺旋桨的作动杆分别和第一转动座、第二转动座配合，从而产生预压力发生弯曲，使第一、第二正螺旋桨相对于第一转动座、第二转动座发生预扭转；当压电驱动单元伸长时，第一、第二螺旋桨中作动杆的弯曲加剧，带动第一、第二螺旋桨相对于压电驱动单元微幅转动；当压电驱动单元缩短时，第一转动座、第二转动座分别与第一、第二螺旋桨分离，第一、第二螺旋桨在惯性下继续扭转，第一、第二螺旋桨的作动杆弯曲产生的弹性势能被释放出来转换成第一、第二螺旋桨的转动动能，使得第一、第二螺旋桨发生相对于压电驱动单元的微幅转动；高频往复作用之下，表现为相对于压电驱动单元的宏观转动；

如果需要反向平动，更改第一至第四电信号的方向即可。

本发明还公开了一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统的转向方法，包含如下步骤：

令第一方向舵垂直、第二方向舵水平，如果需要水平转向：

分别对第一、第五压电陶瓷片施加第一信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第二信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第三信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第四信号；所述第一至第四信号均为交流谐波信号，第二信号和第四信号相同，第一信号和第二信号在时间相位上相差π/2，第一信号和第三信号在时间相位上相差π；

压电驱动单元上同时产生一阶纵振和六阶弯振；通过一阶纵振和六阶弯振的复合，使得第一、第二作动头表面质点产生平行于水平面的微幅椭圆运动，通过摩擦作用驱动第二方向舵沿水平方向转动，从而实现水平转向；

如果需要反向水平转向，改变第一信号和第二信号的相位差为-π/2即可；

如果需要垂直转向：

分别对第一、第五压电陶瓷片施加第五信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第六信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第七信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第八信号；所述第五至第八信号均为交流谐波信号，第五和第七信号相同，第六信号和第五信号在时间相位上相差π/2，第六信号和第八信号在时间相位上相差π；

压电驱动单元上同时产生一阶纵振和六阶弯振；通过一阶纵振和六阶弯振的复合，使得第一、第二作动头表面质点产生平行于垂直面的微幅椭圆运动，通过摩擦作用驱动第一方向舵沿垂直方向转动，从而实现垂直转向；

如果需要反向垂直转向，改变第五信号和第六信号的相位差为-π/2即可。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.结构简单，无密封装置和复杂传动结构；

2.采用压电驱动技术直接驱动，易于实现小型化、轻量化；

3.采用螺旋桨结构实现矢量推进。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中压电驱动单元的结构示意图；

图3是本发明中第一螺旋桨和第一转动座相配合的结构示意图；

图4是本发明中第一方向舵、第二方向舵在压电驱动单元上的结构示意图；

图5是本发明第二方向舵中第一固定螺栓、第一拉簧、第一夹板相配合的结构示意图；

图6是本发明中第一至第四压电陶瓷片分布示意图、极化方向示意图；

图7是本发明中平动工作状态下的电信号施加示意图；

图8是本发明中平动工作状态一阶纵向振动模态示意图；

图9是本发明中平动工作状态示意图；

图10是本发明中转向工作状态下的电信号施加示意图；

图11是本发明中一阶纵向振动和六阶弯振模态的对比示意图；

图12是本发明中转向时压电驱动单元的驱动足表面质点椭圆运动示意图；

图13是本发明中转向工作状态下压电驱动单元的驱动足表面质点一个周期内的模态示意图；

图14是本发明中转向工作状态下水平转向示意图；

图15是本发明中转向工作状态下垂直转向示意图。

图中，1-压电驱动单元，2-第二螺旋桨，3-第一螺旋桨，4-第二方向舵，5-第一方向舵，1.1-基座，1.2-第一作动头，1.3-第二作动头，1.4-第一连杆，1.5-第二连杆，1.6-第一转动座，1.7-第二转动座，1.8-第一压电陶瓷片，1.9-第四压电陶瓷片，1.10-第五压电陶瓷片，1.11-第八压电陶瓷片，2.1-固定轴，2.2-预紧螺栓，2.3-弹簧，2.4-转筒，2.5-叶片，2.6-作动杆，4.1-第二方向舵的方向板，4.2-第二方向舵的第一夹板，4.3-第二方向舵的第二夹板，4.4-第二方向舵的第一拉簧，4.5-第二方向舵的第一固定螺栓，4.6-第二方向舵的第二拉簧，4.7-第二方向舵的第三固定螺栓，5.1-第一方向舵的方向板，5.2-第一方向舵的第二夹板，5.3-第一方向舵的第二拉簧，5.4-第一方向舵的第三固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统，包含压电驱动单元、第一至第二螺旋桨、以及第一至第二方向舵；

如图2所示，所述压电驱动单元包含金属基体、以及第一至第八压电陶瓷片；

所述金属基体包含基座、第一至第二作动头、第一至第二连杆、以及第一至第二转动座；

所述基座为关于其中心轴线对称的八棱柱，包含第一至第二端面、以及依次相连的第一至第八侧壁；

所述第一作动头、第二作动头结构相同，均为半圆柱；第一作动头、第二作动头的底面分别固定在基座的第一端面、第二端面上，且第一作动头、第二作动头的底面中心均位于基座的轴线上；第一作动头的两个端面分别和基座的第一侧壁、第五侧壁位于同一平面，第二作动头的两个端面分别和基座的第三侧壁、第七侧壁位于同一平面，即第一驱动头、第二驱动头正交设置；

所述第一至第二转动座结构相同，均为一端开口一端封闭的空心圆柱体；

所述第一至第二连杆结构相同，其中，第一连杆一端和所述第一转动座的端壁同轴固连，另一端和所述第一作动头的侧壁固连；第二连杆一端和所述第二转动座的端壁同轴固连，另一端和所述第二作动头的侧壁固连；第一连杆、第二连杆均和所述基座同轴；

如图6所示，所述第一至第八压电陶瓷片结构相同，其中，第一、第五压电陶瓷片设置在基座的第一侧壁上，第二、第六压电陶瓷片设置在基座的第三侧壁上，第三、第七压电陶瓷片设置在基座的第五侧壁上，第四、第八压电陶瓷片设置在基座的第七侧壁上；第一至第四压电陶瓷片的中心位于同一平面，第五至第八压电陶瓷片的中心位于同一平面，且第一至第八压电陶瓷片关于基座的中心呈中心对称、均沿其厚度方向同时朝外或同时朝内极化；

如图3所示，所述第一螺旋桨、第二螺旋桨均包含固定轴、转筒、n个叶片、预紧螺栓、弹簧、以及n个作动杆，n为大于等于2的自然数，其中，所述转筒为沿其轴线设有和所述固定轴相匹配的通孔的圆柱体；所述固定轴一端设有和所述预紧螺栓相配合的螺纹，和所述预紧螺栓螺纹相连；固定轴的另一端穿过固定轴上的通孔，和固定轴转动连接；所述弹簧设置在预紧螺栓和转筒之间的固定轴上，弹簧一端和预紧螺栓相抵、另一端和转筒相抵；所述n个叶片周向均匀设置在所述转筒的外壁上；所述n个作动杆周向均匀设置在固定轴外，且n个作动杆的一端和n个叶片一一对应固连；

所述第一螺旋桨固定轴的另一端和所述第一转动座端壁同轴固连，使得第一螺旋桨n个作动杆的另一端在其弹簧的弹力作用下伸入第一转动座内抵住第一转动座的端壁；

所述第二螺旋桨固定轴的另一端和所述第二转动座端壁同轴固连，使得第二螺旋桨n个作动杆的另一端在其弹簧的弹力作用下伸入第二转动座内抵住第二转动座的端壁；

所述第一螺旋桨、第二螺旋桨叶片的旋向相反；

如图4所示，所述第一方向舵、第二方向舵均包含第一至第二夹板、第一至第四固定螺栓、第一至第二拉簧、以及方向板，其中，所述方向板为弧形长条板，其中心设有通孔，方向板的两条侧边上分别设有和其垂直固连的第一转柱、第二转柱，所述第一转柱、第二转柱同轴，且方向板关于经过第一转轴轴线且垂直于方向板的平面呈镜面对称；所述第一夹板、第二夹板结构相同，均为矩形板，且该矩形板一条短边的中点处设有垂直于板面的半圆柱通槽；所述第一夹板上设有两个分别供所述第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过的通孔，第二夹板上设有两个分别供第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过的通孔；

所述基座第三侧壁上设有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第一螺纹孔以及和第一方向舵第二固定螺栓相匹配的第二螺纹孔，其中，第一螺纹孔、第二螺纹孔将第二压电陶瓷片夹在其中且第一螺纹孔和第一作动头之间的距离小于第二螺纹孔和第一作动头之间的距离；所述第一方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过第一方向舵第一夹板上其对应的通孔后分别和第一螺纹孔、第二螺纹孔对应螺纹连接，将第一方向舵第一夹板固定在基座的第三侧壁上；所述第二压电陶瓷片被夹在第一方向舵第一夹板和基座第三侧壁之间，且第一方向舵第一夹板上的通槽位于第一固定螺栓和第一转动座之间；

所述基座第七侧壁上设有和所述第一方向舵第三固定螺栓相匹配的第三螺纹孔以及和第一方向舵第四固定螺栓相匹配的第四螺纹孔，其中，第三螺纹孔、第四螺纹孔将第四压电陶瓷片夹在其中且第三螺纹孔和第一作动头之间的距离小于第四螺纹孔和第一作动头之间的距离；所述第一方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过第一方向舵第二夹板上其对应的通孔后分别和第三螺纹孔、第四螺纹孔对应螺纹连接，将第一方向舵第二夹板固定在基座的第七侧壁上；所述第四压电陶瓷片被夹在第一方向舵第二夹板和基座第七侧壁之间，且第一方向舵第二夹板上的通槽位于第三固定螺栓和第一转动座之间；

所述第一方向舵中：方向板套在第一连杆外，方向板的内壁和第一作动头相抵；第一转柱、第二转柱分别对应位于第一夹板、第二夹板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一转柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二转柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上；

所述基座第一侧壁上设有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第五螺纹孔以及和第二方向舵第二固定螺栓相匹配的第六螺纹孔，其中，第五螺纹孔、第六螺纹孔将第五压电陶瓷片夹在其中且第五螺纹孔和第二作动头之间的距离小于第六螺纹孔和第二作动头之间的距离；所述第二方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿过第二方向舵第一夹板上其对应的通孔后分别和第五螺纹孔、第六螺纹孔对应螺纹连接，将第二方向舵第一夹板固定在基座的第一侧壁上；所述第五压电陶瓷片被夹在第二方向舵第一夹板和基座第一侧壁之间，且第二方向舵第一夹板上的通槽位于第一固定螺栓和第二转动座之间；

所述基座第五侧壁上设有和所述第二方向舵第三固定螺栓相匹配的第七螺纹孔以及和第二方向舵第四固定螺栓相匹配的第八螺纹孔，其中，第七螺纹孔、第八螺纹孔将第七压电陶瓷片夹在其中且第七螺纹孔和第二作动头之间的距离小于第八螺纹孔和第二作动头之间的距离；所述第二方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿过第二方向舵第二夹板上其对应的通孔后分别和第七螺纹孔、第八螺纹孔对应螺纹连接，将第二方向舵第二夹板固定在基座的第五侧壁上；所述第七压电陶瓷片被夹在第二方向舵第二夹板和基座第五侧壁之间，且第二方向舵第二夹板上的通槽位于第三固定螺栓和第二转动座之间；

所述第二方向舵中：方向板套在第二连杆外，方向板的外壁和第二作动头相抵；第一转柱、第二转柱分别对应位于第一夹板、第二夹板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一转柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二转柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上，如图5所示。

n优先取3，所述第一至第八压电陶瓷片的表面均涂有硅橡胶或dp460环氧胶水。

本发明还公开了一种该贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统的平动方法，包含如下步骤：

如图7所示，分别对第一、第五压电陶瓷片施加第一信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第二信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第三信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第四信号；所述第一至第四信号均为交流谐波信号，第一至第四电信号在时间相位上相同，如图8所示，在电信号激励下，压电驱动单元金属基体上产生一阶纵振模态，在一个振动周期内；

压电驱动单元伸长前，第一、第二螺旋桨的作动杆分别和第一转动座、第二转动座配合，从而产生预压力发生弯曲，使第一、第二正螺旋桨相对于第一转动座、第二转动座发生预扭转；当压电驱动单元伸长时，第一、第二螺旋桨中作动杆的弯曲加剧，带动第一、第二螺旋桨相对于压电驱动单元微幅转动；当压电驱动单元缩短时，第一转动座、第二转动座分别与第一、第二螺旋桨分离，第一、第二螺旋桨在惯性下继续扭转，第一、第二螺旋桨的作动杆弯曲产生的弹性势能被释放出来转换成第一、第二螺旋桨的转动动能，使得第一、第二螺旋桨发生相对于压电驱动单元的微幅转动；高频往复作用之下，表现为相对于压电驱动单元的宏观转动；

如图9所示，通过这种宏观转动实现平动。

如果需要反向平动，更改第一至第四电信号的方向即可。

本发明还公开了一种贴片式压电驱动双桨式水下矢量推进系统的转向方法，包含如下步骤：

令第一方向舵垂直、第二方向舵水平，如果需要水平转向：

如图10所示，分别对第一、第五压电陶瓷片施加第一信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第二信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第三信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第四信号；所述第一至第四信号均为交流谐波信号，第二信号和第四信号相同，第一信号和第二信号在时间相位上相差π/2，第一信号和第三信号在时间相位上相差π；

如图11所示，压电驱动单元上同时产生一阶纵振和六阶弯振；如图12所示，通过一阶纵振和六阶弯振的复合，使得第一、第二作动头表面质点产生平行于水平面的微幅椭圆运动，通过摩擦作用驱动第二方向舵沿水平方向转动，从而实现水平转向；

如图13所示，为转向工作状态下压电驱动单元的驱动足表面质点一个周期内的模态示意图；

如图14所示，通过摩擦作用驱动水平方向舵沿水平反向转动，从而实现水平转向；

如果需要反向水平转向，改变第一信号和第二信号的相位差为-π/2即可；

如果需要垂直转向：

分别对第一、第五压电陶瓷片施加第五信号，对第二、第六压电陶瓷片施加第六信号，对第三、第七压电陶瓷片施加第七信号，对第四、第八压电陶瓷片施加第八信号；所述第五至第八信号均为交流谐波信号，第五和第七信号相同，第六信号和第五信号在时间相位上相差π/2，第六信号和第八信号在时间相位上相差π；

压电驱动单元上同时产生一阶纵振和六阶弯振；通过一阶纵振和六阶弯振的复合，使得第一、第二作动头表面质点产生平行于垂直面的微幅椭圆运动，如图15所示，通过摩擦作用驱动第一方向舵沿垂直方向转动，从而实现垂直转向；

如果需要反向垂直转向，改变第五信号和第六信号的相位差为-π/2即可。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。