夹心式模态转换主动型喷水推进装置及其驱动方法

文档序号:9824074
夹心式模态转换主动型喷水推进装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置及其驱动方法,属于喷水推进技术领域。
【背景技术】
[0002]喷水推进装置是利用推进栗喷出水流的反作用力产生推进力,进而实现运动输出的微型推进器。栗作为推进装置的动力源在喷水推进技术中居于重要的地位,目前喷水推进装置中采用的推进栗主要是轴流栗、混流栗和离心栗,此种动力栗存在功率密度低、抗干扰能力差、结构复杂等缺点,使得喷水推进技术很难满足当前机器人、小型探测、精密仪器等领域的应用需求。20世纪70年代发展起来的压电栗是典型的微小型驱动装置,具有易于微型化、动态响应快、抗电磁干扰等特点。近年来,以压电栗作为喷水推进装置动力源实现运动输出的研究,受到了广泛的关注。与传统喷水推进装置相比,因其具有功率密度高、结构简单紧凑、驱动力大等技术优势,在微量喷射、军事探测、水下机器人等技术领域具有广阔应用前景。
[0003]中国实用新型专利《微型喷水推进栗》,授权公告号为CN 200989293 Y,授权公告日为2007年12月12日,公开的一种微型喷水推进栗,主要由栗体、栗腔、压电振子组成,以压电振子为驱动元件,压电振子由其周边的弹性元件支撑在栗体与封盖之间构成的腔体内,栗体上设有入口流道和出口流道,入口流道对应的阀腔轴线与出口流道轴线处于同一平面且相互垂直,入口处采用橡胶截止阀作为入口阀,出口即是喷口,喷口处不设阀,与外界常通,由栗腔、阀腔和喷口组成的栗内腔体为不封闭腔体;中国实用新型专利《压电喷水推进装置》,授权公告号为CN 202574604 U,授权公告日为2012年05月07日,公开的一种压电喷水推进装置,其上盖和栗体固定连接,压电振子周边用上弹性橡胶圈、下弹性橡胶圈支撑,并与上盖形成栗腔,该上盖与栗体间有密封圈,栗体上设有入水口一和入水口二,在压电振子与两个入水口间设有阀腔,在入水口一和入水口二处分别固定连接伞形橡胶阀一和伞形橡胶阀二,两个入水口间开有出水喷口,出水喷口与外界直接相连。
[0004]上述几种实现方式的压电喷水推进装置,其虽能在一定激励电信号作用下,通过流体的吸入与喷出过程实现装置的推进运动输出,但该实现方式的压电喷水推进装置存在驱动力小、功率密度低等技术问题,限制了其在微量喷射、军事探测、水下机器人等技术领域的应用与发展。

【发明内容】

[0005]为了解决当前压电喷水推进装置存在驱动力小、功率密度低等技术问题,本发明公开了一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置及其驱动方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是:所述夹心式模态转换主动型喷水推进装置由阀用单晶片、阀用金属基板、端盖、支撑橡胶圈、密封圈、腔体、紧固螺栓、栗用驱动组件、放大膜片、夹紧块、栗用金属基板、前端盖和紧固螺钉组成。
[0007]所述阀用单晶片为43激振模式圆形压电陶瓷片,沿厚度方向极化,所述阀用单晶片一侧端面与阀用金属基板胶粘连接,所述阀用单晶片的通电导线通过端盖上的导线孔引出。
[0008]所述阀用金属基板为金属弹性体结构,布置于阀腔的内阶梯圆环面上,且通过支撑橡胶圈夹持固定安装于端盖与腔体之间。
[0009]所述端盖的水平侧面设置有内腔结构,所述端盖内腔壁上设置有导线孔结构,所述端盖的水平侧面还设置有圆环槽结构,所述端盖的水平侧面还设置有密封环形槽结构,所述端盖的水平侧面还设置有四个通孔结构,所述端盖的垂直侧面一侧设置有两个内螺纹孔结构,所述端盖的垂直侧面一侧还设置有密封环形槽结构,所述端盖垂直侧面一侧还设置有半圆形通孔结构,所述半圆形通孔的内侧面与腔体一侧面胶粘密封,所述半圆形通孔的端面与另一端盖半圆形通孔的端面胶粘密封。
[0010]所述支撑橡胶圈与密封圈均为圆环结构弹性体。
[0011]所述腔体设置有阀腔结构,所述腔体还设置有内阶梯圆环面结构,所述腔体还设置有圆环槽结构,所述腔体还设置有密封环形槽结构,所述腔体还设置有阀腔入水口结构,所述阀腔入水口设置有阀用主动阀座结构,所述腔体还设置有栗腔入水口结构,所述腔体还设置有栗腔出水口结构,所述栗腔出水口设置有栗用主动阀座结构,所述栗腔出水口内壁设置有疏水结构。
[0012]所述栗用驱动组件包括前匹配杆、通电电极片、压电陶瓷片、后匹配杆和绝缘套筒;所述前匹配杆为阶梯圆柱状弹性体结构,其小径一侧端部设置有外螺纹结构,靠近外螺纹结构一侧设置有光滑外圆周表面结构;所述前匹配杆大径一侧外圆周表面沿圆周方向均匀设置有模态转换器结构,所述模态转换器为矩形槽结构或阵列圆孔结构或螺旋槽结构;所述通电电极片为设置有凸耳结构的圆环形铜片;所述压电陶瓷片为4片J15激振模式的圆环形压电陶瓷片,且其均沿厚度方向极化,所述相邻布置的压电陶瓷片的正极化面与正极化面相对布置,负极化面与负极化面相对布置;所述后匹配杆为圆柱结构弹性体,其一侧端部中心位置设有内螺纹孔结构,另一侧端面与栗用金属基板胶粘连接;所述绝缘套筒为圆环状绝缘体;所述绝缘套筒布置于前匹配杆的光滑外圆周表面上;所述通电电极片与压电陶瓷片相互间隔布置于绝缘套筒上,所述通电电极片的通电导线通过前端盖上的导线孔引出。
[0013]所述放大膜片为圆形弹性体结构,布置于夹紧块一侧端面的圆形槽内。
[0014]所述夹紧块一侧端面中心位置设有通孔结构,所述夹紧块一侧端面还设置有圆形槽结构,所述夹紧块一侧端面还设置有密封环形槽结构,所述夹紧块另一侧端面设置有圆环槽结构,所述夹紧块另一侧端面还设置有密封环形槽结构,所述夹紧块另一侧端面四周还设置有四个通孔结构。
[0015]所述栗用金属基板为金属弹性体结构,布置于前端盖的内阶梯圆环面上,且通过支撑橡胶圈夹持固定安装于前端盖与夹紧块之间,所述栗用金属基板的一侧端面与栗用驱动组件胶粘连接。
[0016]所述前端盖设置有内腔结构,所述前端盖内腔壁上设置有导线孔结构,所述前端盖一侧端面设置有内阶梯圆环面结构,所述前端盖一侧端面还设置有圆环槽结构,所述前端盖一侧端面还设置有密封环形槽结构,所述前端盖另一侧端面设置有四个沉头通孔结构。
[0017]本发明的有益效果是:施加交流激励电信号于阀用单晶片与栗用驱动组件,分别激发使其产生纵向伸缩变形,致使阀腔和栗腔容积交替变化,完成流体的吸入与喷出,在喷水的反作用力下,实现装置的推进运动输出。本发明具有驱动力大、功率密度高等技术优势,在微量喷射、军事探测、水下机器人等技术领域具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0018]图1所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置的剖视图;
图2所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置的侧视图;
图3所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置端盖的俯视图;
图4所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置端盖的A-A向剖视图;
图5所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置端盖的侧视图;
图6所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置腔体的剖视图;
图7所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置腔体中出水口疏水结构的局部放大图;
图8所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置腔体的俯视图;
图9所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置腔体的侧视图;
图10所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置开有矩形槽结构模态转换器的栗用驱动组件的主视图;
图11所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置开有矩形槽结构模态转换器的栗用驱动组件的剖视图;
图12所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置栗用驱动组件中前匹配杆的剖视图;
图13所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置栗用驱动组件中压电陶瓷片与通电电极片的布置方式示意图;
图14所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置栗用驱动组件中后匹配杆的剖视图;
图15所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置栗用驱动组件中后匹配杆的侧视图;
图16所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置栗用驱动组件中绝缘套筒的剖视图;
图17所示为本发明提出的一种夹心式模态转换主动型喷水推进装置
再多了解一些
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