一種微型壓電水下推進(jìn)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水下推進(jìn)裝置，具體涉及一種微型壓電噴水推進(jìn)器。
【背景技術(shù)】
[0002]推進(jìn)器主要有兩種方式在液體環(huán)境中獲得推進(jìn)力:游泳方式和射流方式。游泳方式從模擬自然界水生動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的角度出發(fā)，通過推進(jìn)器游泳運(yùn)動(dòng)的方式獲得推進(jìn)力，具有低擾動(dòng)、低噪聲、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，但存在不易加工、成本高等問題；射流方式利用噴射流體所產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)，主要的應(yīng)用包括螺旋槳驅(qū)動(dòng)和泵噴驅(qū)動(dòng)。螺旋槳驅(qū)動(dòng)將電磁電機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等輸出的動(dòng)力通過軸傳到螺旋槳上，螺旋槳?jiǎng)澦a(chǎn)生推進(jìn)力，該種驅(qū)動(dòng)方式具有容易加工、可靠性高和安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但存在能源效率低，結(jié)構(gòu)尺寸大，噪音大，起動(dòng)、加速性能差以及運(yùn)動(dòng)靈活性能差等問題；泵噴驅(qū)動(dòng)通過旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動(dòng)流體噴射，噴出水流的反作用力來推動(dòng)推進(jìn)器前進(jìn)，噴流泵是噴流推進(jìn)器的核心部件，通常采用軸流泵、混流泵或離心泵，此驅(qū)動(dòng)方式具有抗空泡能力強(qiáng)、操縱性和動(dòng)力定位性能好、工作平穩(wěn)噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，但存在體積大、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、推進(jìn)泵葉輪拆卸復(fù)雜等問題。在此背景下，本實(shí)用新型利用壓電泵體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電源驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、易于精確控制的特點(diǎn)，提出一種基于壓電噴流泵的微型水下推進(jìn)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，工作噪聲小，易于控制，無電磁干擾的水下推進(jìn)裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種微型壓電水下推進(jìn)器，屬于水下推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，其包括前進(jìn)端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調(diào)質(zhì)量塊和驅(qū)動(dòng)及控制電路，雙腔壓電噴流泵包括蓋板、泵體、圓形壓電振子、入口單向閥、出口單向閥、方形槽。
[0006]壓電泵泵體左右兩側(cè)粘有蓋板，泵體由左至右設(shè)有左泵腔、方形槽和右泵腔，方形槽布置于泵體的水平中心線上，左、右泵腔對(duì)稱布置于方形槽兩側(cè)，兩泵腔的結(jié)構(gòu)、尺寸及采用的壓電振子的參數(shù)相同。以右泵腔為例，右泵腔由圓形壓電振子分隔為直徑不相等的兩泵腔，在大直徑泵腔前進(jìn)端開設(shè)有一個(gè)入口，入口處安裝入口單向閥，入口閥外側(cè)與入口管連接；在大直徑泵腔推進(jìn)端開設(shè)有一個(gè)出口，出口處安裝出口單向閥，出口閥外側(cè)與推進(jìn)端錐形口相連接。泵體雙腔壓電噴流泵與前進(jìn)端端蓋固接形成進(jìn)水腔，進(jìn)水腔與壓電噴流泵兩泵腔的入口管相通，前進(jìn)端端蓋正中間開設(shè)有一個(gè)前進(jìn)端錐形口，錐形口處安裝有過濾層，避免雜物進(jìn)入進(jìn)水腔。
[0007]方形槽內(nèi)放置可調(diào)質(zhì)量塊和驅(qū)動(dòng)及控制電路?？烧{(diào)質(zhì)量塊用以保持推進(jìn)器在水下的重心穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)及控制電路主要包括控制電路、信號(hào)發(fā)生電路和功率放大電路，控制電路主要包括微控制器和繼電器，信號(hào)發(fā)生電路由多路信號(hào)發(fā)生支路并聯(lián)而成，微控制器根據(jù)程序設(shè)定，控制繼電器的通斷，進(jìn)而控制信號(hào)發(fā)生電路中信號(hào)發(fā)生支路的工作情況，調(diào)整信號(hào)發(fā)生電路的總輸出電壓，功率放大電路將信號(hào)發(fā)生電路的總輸出電壓放大后施加于雙腔壓電噴流泵壓電振子。
[0008]本實(shí)用新型所述的一種微型壓電水下推進(jìn)器的工作原理如下:在交變電壓驅(qū)動(dòng)下，壓電噴流泵的圓形壓電振子產(chǎn)生左右往復(fù)振動(dòng)，引起泵腔內(nèi)體積和壓力的變化，在單向閥的配合下形成流體的單向快速噴出，對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)整個(gè)微型水下推進(jìn)器前進(jìn)；雙腔壓電噴流泵的兩個(gè)泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)及控制電路的軟件程序設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)水流速度和方向一定時(shí)，推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。
[0009]本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、噪聲低、抗電磁干擾、功率密度高和易于控制等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010]圖1是一種微型壓電水下推進(jìn)器的剖視圖。
[0011]圖2是圖1中的A-A剖視圖。
[0012]圖3是驅(qū)動(dòng)及控制電路組成框圖。
[0013]圖中:1.前進(jìn)端錐形口，2.前進(jìn)端端蓋，3.雙腔壓電噴流泵，4.可調(diào)質(zhì)量塊，5.驅(qū)動(dòng)及控制電路，301.密封層，302.泵體，303.圓形壓電振子，304.入口單向閥，305.出口單向閥，306.右泵腔，307.左泵腔，308.蓋板，501.控制電路，502.信號(hào)發(fā)生電路，503.功率放大電路。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本專利進(jìn)一步說明:
[0015]如圖1、圖2所示，一種微型壓電水下推進(jìn)器主要包括前進(jìn)端端蓋1、雙腔壓電噴流泵3、可調(diào)質(zhì)量塊4和驅(qū)動(dòng)及控制電路5，壓電噴流泵3包括泵體302、圓形壓電振子303、入口單向閥304、出口單向閥305和蓋板308
[0016]雙腔壓電噴流泵3的泵體302左、右兩側(cè)粘有蓋板308，泵體302由左至右設(shè)有左泵腔307、方形槽和右泵腔306，左、右泵腔對(duì)稱布置于方形槽兩側(cè)，兩泵腔的結(jié)構(gòu)、尺寸及采用的壓電振子的參數(shù)相同。以右泵腔306為例，右泵腔306由圓形壓電振子303分隔為直徑不相等的兩泵腔，在大直徑泵腔前進(jìn)端開設(shè)有一個(gè)入口，入口處安裝入口單向閥304，入口閥外側(cè)與入口管連接；在大直徑泵腔推進(jìn)端開設(shè)有一個(gè)出口，出口處安裝出口單向閥305，出口閥外側(cè)與推進(jìn)端錐形口相連接。雙腔壓電噴流泵3與前進(jìn)端端蓋2采用螺栓連接，連接處采用密封圈保護(hù)，形成進(jìn)水腔，進(jìn)水腔與壓電噴流泵的入口管相通，前進(jìn)端端蓋2正中間開設(shè)有一個(gè)前進(jìn)端錐形口 I，錐形口處安裝有過濾層，避免雜物進(jìn)入進(jìn)水腔。
[0017]如圖2、圖3所示，方形槽布置于泵體302的水平中心線上，槽內(nèi)放置可調(diào)質(zhì)量塊4和驅(qū)動(dòng)及控制電路5?？烧{(diào)質(zhì)量塊4用以保持推進(jìn)器在水下的重心穩(wěn)定，驅(qū)動(dòng)及控制電路6驅(qū)動(dòng)及控制電路包括控制電路501、信號(hào)發(fā)生電路502和功率放大電路503，控制電路501主要包括微控制器和繼電器，信號(hào)發(fā)生電路502由多路信號(hào)發(fā)生支路并聯(lián)而成，微控制器根據(jù)程序設(shè)定，控制繼電器的通斷，進(jìn)而控制信號(hào)發(fā)生電路502中信號(hào)發(fā)生支路的工作情況，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生電路的總輸出電壓，信號(hào)發(fā)生電路502的總輸出電壓經(jīng)功率放大電路503放大后施加于雙腔壓電噴流泵圓形壓電振子。
[0018]在交變電壓驅(qū)動(dòng)下，以右泵腔306為例，壓電噴流泵3的圓形壓電振子303向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔體積變大，壓力減小，入口單向閥304開啟，液體從進(jìn)水腔流入泵腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了壓電噴流泵的吸入過程；壓電噴流泵3的圓形壓電振子303向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔體積變小，壓力增大，出口單向閥305開啟，液體從泵腔排出，經(jīng)推進(jìn)腔后快速噴出，對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，推進(jìn)器向前運(yùn)動(dòng)。
[0019]當(dāng)驅(qū)動(dòng)及控制電路5對(duì)左、右泵腔的兩個(gè)壓電振子施加相同頻率和幅值的電壓激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力一致，推進(jìn)器直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)驅(qū)動(dòng)及控制電路對(duì)壓電泵兩個(gè)壓電振子施加的電壓激勵(lì)幅值同時(shí)增大時(shí)，兩個(gè)泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力同時(shí)增大，推進(jìn)器直線運(yùn)動(dòng)速度增大。
[0020]當(dāng)驅(qū)動(dòng)及控制電路5對(duì)左、右泵腔兩個(gè)壓電振子施加頻率相同、幅值不同的電壓激勵(lì)時(shí)，兩個(gè)泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力不同，推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在水流速度和方向一定的情況下，偏轉(zhuǎn)的方向和角度由兩個(gè)壓電泵產(chǎn)生的推進(jìn)力差決定。當(dāng)左泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力大于右泵腔時(shí)，推進(jìn)器向右偏轉(zhuǎn)；當(dāng)左泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力小于右泵腔時(shí)，推進(jìn)器向左偏轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微型壓電水下推進(jìn)器，其特征在于:其包括前進(jìn)端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調(diào)質(zhì)量塊和驅(qū)動(dòng)及控制電路，雙腔壓電噴流泵設(shè)有左、右兩個(gè)泵腔，兩泵腔的結(jié)構(gòu)和尺寸相同，對(duì)稱布置于泵體豎直中心線兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型壓電水下推進(jìn)器包含雙腔壓電噴流泵，其特征在于:雙腔壓電噴流泵的兩個(gè)泵腔產(chǎn)生的推進(jìn)力可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)及控制電路的軟件程序設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)水流速度和方向一定時(shí)，推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型壓電水下推進(jìn)器的驅(qū)動(dòng)及控制電路，其特征在于:主要包括控制電路、信號(hào)發(fā)生電路和功率放大電路，控制電路主要包括微控制器和繼電器，信號(hào)發(fā)生電路由多路信號(hào)發(fā)生支路并聯(lián)而成，功率放大電路將信號(hào)發(fā)生電路的總輸出電壓放大后施加于雙腔壓電噴流泵的圓形壓電振子。
【專利摘要】一種微型壓電水下推進(jìn)器，屬于水下推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，其主要包括前進(jìn)端端蓋，雙腔壓電噴流泵，可調(diào)質(zhì)量塊和驅(qū)動(dòng)及控制電路。雙腔壓電噴流泵設(shè)有左、右兩個(gè)泵腔，兩泵腔的結(jié)構(gòu)和尺寸相同，對(duì)稱布置于泵體豎直中心線兩側(cè)；可調(diào)質(zhì)量塊放置于泵體內(nèi)，用于保持推進(jìn)器在水下的重心平衡；驅(qū)動(dòng)及控制電路包括控制電路、信號(hào)發(fā)生電路和功率放大電路，用以驅(qū)動(dòng)及控制推進(jìn)器的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向。在驅(qū)動(dòng)及控制電路的激勵(lì)信號(hào)作用下，雙腔壓電噴流泵將液體從推進(jìn)端錐形口快速噴出，同時(shí)對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)整個(gè)微型水下推進(jìn)器前進(jìn)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，易于控制，工作噪聲小，無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B63H11-04
【公開號(hào)】CN204433008
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420742359
【發(fā)明人】李曉旭, 程光明, 溫建明, 蔣永華, 陳勝輝
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日