一种微型压电水下推进器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水下推进装置，具体涉及一种微型压电喷水推进器。
【背景技术】
[0002]推进器主要有两种方式在液体环境中获得推进力:游泳方式和射流方式。游泳方式从模拟自然界水生动物运动的角度出发，通过推进器游泳运动的方式获得推进力，具有低扰动、低噪声、机动灵活等特点，但存在不易加工、成本高等问题；射流方式利用喷射流体所产生的反作用力推动推进器运动，主要的应用包括螺旋桨驱动和泵喷驱动。螺旋桨驱动将电磁电机或内燃机等输出的动力通过轴传到螺旋桨上，螺旋桨划水产生推进力，该种驱动方式具有容易加工、可靠性高和安装简便等优点，但存在能源效率低，结构尺寸大，噪音大，起动、加速性能差以及运动灵活性能差等问题；泵喷驱动通过旋转的叶轮带动流体喷射，喷出水流的反作用力来推动推进器前进，喷流泵是喷流推进器的核心部件，通常采用轴流泵、混流泵或离心泵，此驱动方式具有抗空泡能力强、操纵性和动力定位性能好、工作平稳噪声低等优点，但存在体积大、传动机构复杂、推进泵叶轮拆卸复杂等问题。在此背景下，本实用新型利用压电泵体积小、结构简单、电源驱动简单、易于精确控制的特点，提出一种基于压电喷流泵的微型水下推进器。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种结构简单，体积小，工作噪声小，易于控制，无电磁干扰的水下推进装置。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种微型压电水下推进器，属于水下推进技术领域，其包括前进端端盖，双腔压电喷流泵，可调质量块和驱动及控制电路，双腔压电喷流泵包括盖板、泵体、圆形压电振子、入口单向阀、出口单向阀、方形槽。
[0006]压电泵泵体左右两侧粘有盖板，泵体由左至右设有左泵腔、方形槽和右泵腔，方形槽布置于泵体的水平中心线上，左、右泵腔对称布置于方形槽两侧，两泵腔的结构、尺寸及采用的压电振子的参数相同。以右泵腔为例，右泵腔由圆形压电振子分隔为直径不相等的两泵腔，在大直径泵腔前进端开设有一个入口，入口处安装入口单向阀，入口阀外侧与入口管连接；在大直径泵腔推进端开设有一个出口，出口处安装出口单向阀，出口阀外侧与推进端锥形口相连接。泵体双腔压电喷流泵与前进端端盖固接形成进水腔，进水腔与压电喷流泵两泵腔的入口管相通，前进端端盖正中间开设有一个前进端锥形口，锥形口处安装有过滤层，避免杂物进入进水腔。
[0007]方形槽内放置可调质量块和驱动及控制电路。可调质量块用以保持推进器在水下的重心稳定，驱动及控制电路主要包括控制电路、信号发生电路和功率放大电路，控制电路主要包括微控制器和继电器，信号发生电路由多路信号发生支路并联而成，微控制器根据程序设定，控制继电器的通断，进而控制信号发生电路中信号发生支路的工作情况，调整信号发生电路的总输出电压，功率放大电路将信号发生电路的总输出电压放大后施加于双腔压电喷流泵压电振子。
[0008]本实用新型所述的一种微型压电水下推进器的工作原理如下:在交变电压驱动下，压电喷流泵的圆形压电振子产生左右往复振动，引起泵腔内体积和压力的变化，在单向阀的配合下形成流体的单向快速喷出，对推进器产生反作用力，推动整个微型水下推进器前进；双腔压电喷流泵的两个泵腔产生的推进力可以根据驱动及控制电路的软件程序设置进行调节，当水流速度和方向一定时，推进器的运动方向和运动速度可调。
[0009]本实用新型具有结构简单，体积小、噪声低、抗电磁干扰、功率密度高和易于控制等优点。
【附图说明】
[0010]图1是一种微型压电水下推进器的剖视图。
[0011]图2是图1中的A-A剖视图。
[0012]图3是驱动及控制电路组成框图。
[0013]图中:1.前进端锥形口，2.前进端端盖，3.双腔压电喷流泵，4.可调质量块，5.驱动及控制电路，301.密封层，302.泵体，303.圆形压电振子，304.入口单向阀，305.出口单向阀，306.右泵腔，307.左泵腔，308.盖板，501.控制电路，502.信号发生电路，503.功率放大电路。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本专利进一步说明:
[0015]如图1、图2所示，一种微型压电水下推进器主要包括前进端端盖1、双腔压电喷流泵3、可调质量块4和驱动及控制电路5，压电喷流泵3包括泵体302、圆形压电振子303、入口单向阀304、出口单向阀305和盖板308
[0016]双腔压电喷流泵3的泵体302左、右两侧粘有盖板308，泵体302由左至右设有左泵腔307、方形槽和右泵腔306，左、右泵腔对称布置于方形槽两侧，两泵腔的结构、尺寸及采用的压电振子的参数相同。以右泵腔306为例，右泵腔306由圆形压电振子303分隔为直径不相等的两泵腔，在大直径泵腔前进端开设有一个入口，入口处安装入口单向阀304，入口阀外侧与入口管连接；在大直径泵腔推进端开设有一个出口，出口处安装出口单向阀305，出口阀外侧与推进端锥形口相连接。双腔压电喷流泵3与前进端端盖2采用螺栓连接，连接处采用密封圈保护，形成进水腔，进水腔与压电喷流泵的入口管相通，前进端端盖2正中间开设有一个前进端锥形口 I，锥形口处安装有过滤层，避免杂物进入进水腔。
[0017]如图2、图3所示，方形槽布置于泵体302的水平中心线上，槽内放置可调质量块4和驱动及控制电路5。可调质量块4用以保持推进器在水下的重心稳定，驱动及控制电路6驱动及控制电路包括控制电路501、信号发生电路502和功率放大电路503，控制电路501主要包括微控制器和继电器，信号发生电路502由多路信号发生支路并联而成，微控制器根据程序设定，控制继电器的通断，进而控制信号发生电路502中信号发生支路的工作情况，调节信号发生电路的总输出电压，信号发生电路502的总输出电压经功率放大电路503放大后施加于双腔压电喷流泵圆形压电振子。
[0018]在交变电压驱动下，以右泵腔306为例，压电喷流泵3的圆形压电振子303向右运动时，泵腔体积变大，压力减小，入口单向阀304开启，液体从进水腔流入泵腔内，实现了压电喷流泵的吸入过程；压电喷流泵3的圆形压电振子303向左运动时，泵腔体积变小，压力增大，出口单向阀305开启，液体从泵腔排出，经推进腔后快速喷出，对推进器产生反作用力，推进器向前运动。
[0019]当驱动及控制电路5对左、右泵腔的两个压电振子施加相同频率和幅值的电压激励时，两个泵腔产生的推进力一致，推进器直线运动；当驱动及控制电路对压电泵两个压电振子施加的电压激励幅值同时增大时，两个泵腔产生的推进力同时增大，推进器直线运动速度增大。
[0020]当驱动及控制电路5对左、右泵腔两个压电振子施加频率相同、幅值不同的电压激励时，两个泵腔产生的推进力不同，推进器的运动方向发生偏转，在水流速度和方向一定的情况下，偏转的方向和角度由两个压电泵产生的推进力差决定。当左泵腔产生的推进力大于右泵腔时，推进器向右偏转；当左泵腔产生的推进力小于右泵腔时，推进器向左偏转。
【主权项】
1.一种微型压电水下推进器，其特征在于:其包括前进端端盖，双腔压电喷流泵，可调质量块和驱动及控制电路，双腔压电喷流泵设有左、右两个泵腔，两泵腔的结构和尺寸相同，对称布置于泵体竖直中心线两侧。
2.根据权利要求1所述的微型压电水下推进器包含双腔压电喷流泵，其特征在于:双腔压电喷流泵的两个泵腔产生的推进力可以根据驱动及控制电路的软件程序设置进行调节，当水流速度和方向一定时，推进器的运动方向和运动速度可调。
3.根据权利要求1所述的微型压电水下推进器的驱动及控制电路，其特征在于:主要包括控制电路、信号发生电路和功率放大电路，控制电路主要包括微控制器和继电器，信号发生电路由多路信号发生支路并联而成，功率放大电路将信号发生电路的总输出电压放大后施加于双腔压电喷流泵的圆形压电振子。
【专利摘要】一种微型压电水下推进器，属于水下推进技术领域，其主要包括前进端端盖，双腔压电喷流泵，可调质量块和驱动及控制电路。双腔压电喷流泵设有左、右两个泵腔，两泵腔的结构和尺寸相同，对称布置于泵体竖直中心线两侧；可调质量块放置于泵体内，用于保持推进器在水下的重心平衡；驱动及控制电路包括控制电路、信号发生电路和功率放大电路，用以驱动及控制推进器的运动速度和运动方向。在驱动及控制电路的激励信号作用下，双腔压电喷流泵将液体从推进端锥形口快速喷出，同时对推进器产生反作用力，推动整个微型水下推进器前进。本实用新型具有结构简单，体积小，易于控制，工作噪声小，无电磁干扰等优点。
【IPC分类】B63H11-04
【公开号】CN204433008
【申请号】CN201420742359
【发明人】李晓旭, 程光明, 温建明, 蒋永华, 陈胜辉
【申请人】浙江师范大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年11月21日