一种气动往复马达的制作方法_2

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本实施例中,进气喷管11的内径沿气流的进气方向逐渐减小,并通过等截面的喉管13与振荡腔12连接,以提高气体的流速。振荡腔12的与喉管13相对的侧壁为圆弧形,以使气流失稳发生振荡;优选地,圆弧形的侧壁为沿进气方向的凸形,在其他实施例中,圆弧形的侧壁也可选择为沿进气方向的凹形。
[0037]本实施例中,振荡腔12的两侧壁均为平面,且沿喉管13的轴线对称设置,两侧壁之间的距离沿气流的进气方向逐渐变大,即两侧壁之间呈一定角度,振荡腔12从喉管13出口 412至两扩压管3入口之间呈扩张形,平面壁面使得振荡后的气流在一段时间内附着在其中一侧的壁面上,即发生附壁效应。
[0038]本实施例中,射流振荡器I还包括失稳放大回路14,失稳放大回路14的两端分别与振荡腔12连接,失稳放大回路14的两端口关于振荡腔12对称设置,且失稳放大回路14的两端口分别位于同侧的平面壁面和喉管13的出口 412之间。振荡腔12是由喉管13的出口 412、失稳放大回路14的两端口、两平面侧壁、两个扩压管3的入口以及圆弧形侧壁围成的腔体,可使气流发生振荡并偏转。
[0039]本实施例中,失稳放大回路14在两个端口处的内径向振荡腔12的方向逐渐减小,失稳放大回路14除两端口以外的部分为等截面管道。失稳放大回路14在两个端口处的内径向振荡腔12的方向减缩,可扰动从喉管13中喷出的气体,并可通过改变失稳放大回路14的长度来改变气流偏转振荡的频率,失稳放大回路14的长度越短,气流偏转振荡的频率越高,反之,振荡的频率越低。失稳放大回路14不是产生振荡射流的必要部件,在其他实施例中,可将失稳放大回路14与振荡腔12连接的两个端口完全敞开,使得振荡腔12与外部大气相通;也可去除失稳放大回路,将两个端口堵死,此时,气流的振荡频率通过其他因素控制,例如气流流量、出气阀门的开闭时机等。
[0040]本实施例中,两个扩压管3的入口分别位于圆弧形侧壁的两侧,且扩压管3的内径沿气流的进气方向逐渐变大,以使气流的压力逐渐升高,破坏气流附壁的条件。
[0041]本实施例中,往复运动机构2包括动力输出部件以及用于限制动力输出部件的运动方式的运动限制器,且运动限制器用于限制动力输出部件的运动方式为移动,动力输出部件为滑块21,运动限制器为导轨22,滑块21可沿导轨22移动,在其他实施例中,运动限制器也可根据需要选择滑槽或者摇臂等。
[0042]本实施例中,动力输出部件的两侧均设置有变容积腔体,两个变容积腔体分别与同侧的扩压管3连接,变容积腔体为可伸缩软管23,两个可伸缩软管23分别连接在动力输出部件的两侧,且两个可伸缩软管23之间互不连通,在其他实施例中,变容积腔体也可由气缸活塞组成,其形式不限。
[0043]本实施例中,变容积腔体与扩压管3之间设置有气室24,气室24设置有出气口241,出气口 241处设置有挡板4,挡板4通过扭簧(未图示)与出气口 241铰接,挡板4及出气口 241形成出气阀门,出气阀门可在扭簧的作用力下开启,并外力作用下关闭,出气阀门的作用相当于常开式背压阀,在其他实施例中,出气阀门可选择其他形式。优选地,出气阀门的位置正对扩压管的出口,以保证出气阀门在高气压下可以关闭。
[0044]本实施例的气动往复马达的工作原理如下:
[0045]燃气或化学反应气体等高压气体经进气喷管11加速,从喉管13射入振荡腔12内,射流接触到正对着的圆弧形侧壁后会迅速失稳发生振荡,处于流动敏感区域的失稳放大回路14对射流的扰动,使得射流更加不稳定;当射流接触到振荡腔12的一侧平面壁面后发生附壁效应,由于几何对称,射流先在哪一侧附壁附着是随机的,之后射流沿所附着的壁面流入同侧的扩压管3并进入气室24 ;由于大部分的气体都流向所附着的壁面同侧的气室24,该侧气室24的气压比另一侧的高,高气压使得该侧的可伸缩软管的容积增大并推动动力输出部件沿导轨向另一侧的气室24移动,同时该侧出气阀门受到的气动力矩大于扭簧的力矩,该侧出气阀门关闭,而另一侧的压力较低的出气阀门保持开启状态;当动力输出部件运动到最大位移后,该侧气室24压力继续增加,高逆压梯度使得该侧附壁的气流分离并向另一侧壁面偏转并附着,随后该侧气室24压力下降,该侧的出气阀门打开,另一侧由于气流聚集压力升高,推动动力输出部件沿导轨向反方向移动,另一侧的出气阀门关闭,从而形成了气流在两个扩压管3之间的偏转振荡,并推动往复运动部件做往复运动。此外,气室24气压高的一侧出气阀门关闭时,另一侧气压低的气室24上的出气阀门开启,保证了气流的能量大部分用于推动动力输出部件做功,提高了效率。
[0046]实施例2
[0047]本实施例与实施例1的区别在于:采用气缸活塞组成变容积腔体,活塞还相当于实施例1中的动力输出部件,气缸还相当于实施例1的运动限制器,其他部件与实施例1相同。图4为本实施例的气动往复马达的计算流体力学模拟得到的流线图及运转示意图,显示了各个部件在不同阶段的位置关系以及气流状态。
[0048]本实施例中,经进气喷管射入振荡腔的气流会附着于一侧壁面,如图4a中流线所示,此时,活塞位于气缸的中间位置,同时该侧气室气压增大,活塞受气流推动开始向另一侧移动,到达图4b所示的时刻,活塞运动到了气缸的中间偏下的位置,同时该侧出气阀门受到比扭簧力大的气体压力作用,几乎完全闭合(由于模拟局限无法完全闭合,实际上可以完全闭合);在图4a至图4e所示的时间内,后附着的另一侧的气室压力还没大到足够闭合另一侧的出气阀门,因此另一侧的出气阀门在该时间段内保持开启状态,如图4d和图4e所示流线所示,气流受压力驱动从该侧壁面分离,并偏转向另一侧的壁面,而该侧的压力也随之减小,如图4f所示,另一侧的气室压力变大,使得另一侧的出气阀门关闭,并推动活塞向反方向移动,同时该侧的出气阀门在扭簧的作用力下开启。模拟结果在入口处的压力为两个大气压时,运动频率可达500Hz (未图示),因此,可以说采用射流振荡器驱动往复运动机构运动的方案是可行的。
[0049]实施例3
[0050]如图2所示,本实施例与实施例1的区别在于:变容积腔体与扩压管3之间直接设置出气阀门,无气室,且出气阀门包括阀门腔体5,阀门腔体5固定在变容积腔体与扩压管3之间,阀门腔体5设置有进口 51和出口 52,阀门腔体5内在进口 51处设置有顶珠6,顶珠6与出口 52之间固定连接有弹簧7,出气阀门可在弹簧7的作用力下关闭,动力输出部件的两侧对称设置有出气阀顶杆211,出气阀顶杆211可随动力输出部件运动,以伸入进口 51并顶开顶珠6,以开启出气阀门,优选地,进口 51的内径大于出气阀顶杆211的外径。
[0051]如图5所示,本实施例的气动往复马达的工作原理如下:
[0052]燃气或化学反应气体等高压气体经射流振荡器I发生偏转振荡,并流入建立附壁效应一侧的扩压管3,高气压使得该侧的可伸缩软管的容积增大并推动动力输出部件沿导轨向另一侧移动,该侧出气阀门在弹簧7的作用力下保持关闭,由于进口 51的内径大于出气阀顶杆211的外径,另一侧的出气阀门在出气阀顶杆211伸入进口后打开,从而降低另一侧的压力,由于射流附着偏转一侧的压力一直增加,使得气流向另一侧的壁面偏转附着;随后另一侧的压力变大,推动动力输出部件沿导轨向反方向移动,由于伸入的出气阀顶杆也随着动力输出部件移出另一侧的出气阀门,另一侧的出气阀门在弹簧7的作用下关闭。重复上述过程,偏转振荡的气流推动往复运动部件做往复运动。此外,气压高的一侧出气阀门关闭时,另一侧气压低的出气阀门开启,保证了气流的能量大部分用于推动动力输出部件做功,提尚了效率。
[0053]实施例4
[0054]如图3所示(失稳放大回路14未图示),本实施例的射流振荡器I与实施例1的相同,本实施例的往复运动机构2包括动力输出部件以及用于限制动力输出部件的运动方式的运动限制器,运动限制器用于限制动力输出部件的运动方式为转动,动力输出部件的两侧均设置有变容积腔体,两个变容积腔体分别与同侧的扩压管3连接,变容积腔体与扩压管3的连接处设置有出气阀门。
[0055]本实施例中,往复运动机构2包括容置腔22',容置腔22'的一侧与两个扩压管3相导通,容置腔22'的另一侧设置有开
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