縱振貼片式主動型噴水推進裝置及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置及其驅(qū)動方法，屬于噴水推進技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]噴水推進裝置是利用推進栗噴出水流的反作用力產(chǎn)生推進力，進而實現(xiàn)運動輸出的微型推進器。栗作為推進裝置的動力源在噴水推進技術(shù)中居于重要的地位，目前噴水推進裝置中采用的推進栗主要是軸流栗、混流栗和離心栗，此種動力栗存在功率密度低、抗干擾能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，使得噴水推進技術(shù)很難滿足當(dāng)前機器人、小型探測、精密儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。20世紀70年代發(fā)展起來的壓電栗是典型的微小型驅(qū)動裝置，具有易于微型化、動態(tài)響應(yīng)快、抗電磁干擾等特點。近年來，以壓電栗作為噴水推進裝置動力源實現(xiàn)運動輸出的研究，受到了廣泛的關(guān)注。與傳統(tǒng)噴水推進裝置相比，因其具有功率密度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、驅(qū)動力大等技術(shù)優(yōu)勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
[0003]中國實用新型專利《微型噴水推進栗》，授權(quán)公告號為CN 200989293 Y，授權(quán)公告日為2007年12月12日，公開的一種微型噴水推進栗，主要由栗體、栗腔、壓電振子組成，以壓電振子為驅(qū)動元件，壓電振子由其周邊的彈性元件支撐在栗體與封蓋之間構(gòu)成的腔體內(nèi)，栗體上設(shè)有入口流道和出口流道，入口流道對應(yīng)的閥腔軸線與出口流道軸線處于同一平面且相互垂直，入口處采用橡膠截止閥作為入口閥，出口即是噴口，噴口處不設(shè)閥，與外界常通，由栗腔、閥腔和噴口組成的栗內(nèi)腔體為不封閉腔體；中國實用新型專利《壓電噴水推進裝置》，授權(quán)公告號為CN 202574604 U，授權(quán)公告日為2012年05月07日，公開的一種壓電噴水推進裝置，其上蓋和栗體固定連接，壓電振子周邊用上彈性橡膠圈、下彈性橡膠圈支撐，并與上蓋形成栗腔，該上蓋與栗體間有密封圈，栗體上設(shè)有入水口一和入水口二，在壓電振子與兩個入水口間設(shè)有閥腔，在入水口一和入水口二處分別固定連接傘形橡膠閥一和傘形橡膠閥二，兩個入水口間開有出水噴口，出水噴口與外界直接相連。
[0004]上述幾種實現(xiàn)方式的壓電噴水推進裝置，其雖能在一定激勵電信號作用下，通過流體的吸入與噴出過程實現(xiàn)裝置的推進運動輸出，但該實現(xiàn)方式的壓電噴水推進裝置存在驅(qū)動力小、功率密度低等技術(shù)問題，限制了其在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決當(dāng)前壓電噴水推進裝置存在驅(qū)動力小、功率密度低等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置及其驅(qū)動方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述縱振貼片式主動型噴水推進裝置由閥用單晶片、閥用金屬基板、端蓋、支撐橡膠圈、密封圈、腔體、緊固螺栓、栗用驅(qū)動組件、放大膜片、夾緊塊、栗用金屬基板、前端蓋和緊固螺釘組成。
[0007]所述閥用單晶片為43激振模式圓形壓電陶瓷片，沿厚度方向極化，所述閥用單晶片一側(cè)端面與閥用金屬基板膠粘連接，所述閥用單晶片的通電導(dǎo)線通過端蓋上的導(dǎo)線孔引出。所述閥用金屬基板為金屬彈性體結(jié)構(gòu)，布置于閥腔的內(nèi)階梯圓環(huán)面上，且通過支撐橡膠圈夾持固定安裝于端蓋與腔體之間。所述端蓋的水平側(cè)面設(shè)置有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，所述端蓋內(nèi)腔壁上設(shè)置有導(dǎo)線孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有四個通孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的垂直側(cè)面一側(cè)設(shè)置有兩個內(nèi)螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有半圓形通孔結(jié)構(gòu)，所述半圓形通孔的內(nèi)側(cè)面與腔體一側(cè)面膠粘密封，所述半圓形通孔的端面與另一端蓋半圓形通孔的端面膠粘密封。所述支撐橡膠圈與密封圈均為圓環(huán)結(jié)構(gòu)彈性體。所述腔體設(shè)置有閥腔結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有內(nèi)階梯圓環(huán)面結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有閥腔入水口結(jié)構(gòu)，所述閥腔入水口設(shè)置有閥用主動閥座結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有栗腔入水口結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有栗腔出水口結(jié)構(gòu)，所述栗腔出水口設(shè)置有栗用主動閥座結(jié)構(gòu)，所述栗腔出水口內(nèi)壁設(shè)置有疏水結(jié)構(gòu)。所述栗用驅(qū)動組件包括金屬彈性體和4片壓電陶瓷片，所述金屬彈性體為方形截面梁結(jié)構(gòu)，其一側(cè)端部與栗用金屬基板膠粘連接；所述4片壓電陶瓷片均采用4激振模式，且均沿厚度方向極化，所述4片壓電陶瓷片均與金屬彈性體膠粘連接，其通電導(dǎo)線通過前端蓋上的導(dǎo)線孔引出。所述放大膜片為圓形彈性體結(jié)構(gòu)，布置于夾緊塊一側(cè)端面的圓形槽內(nèi)。所述夾緊塊一側(cè)端面中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊一側(cè)端面還設(shè)置有圓形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面四周還設(shè)置有四個通孔結(jié)構(gòu)。所述栗用金屬基板為金屬彈性體結(jié)構(gòu)，布置于前端蓋的內(nèi)階梯圓環(huán)面上，且通過支撐橡膠圈夾持固定安裝于前端蓋與夾緊塊之間，所述栗用金屬基板的一側(cè)端面與栗用驅(qū)動組件膠粘連接。所述前端蓋設(shè)置有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，所述前端蓋內(nèi)腔壁上設(shè)置有導(dǎo)線孔結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面設(shè)置有內(nèi)階梯圓環(huán)面結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述前端蓋另一側(cè)端面設(shè)置有四個沉頭通孔結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:施加交流激勵電信號于閥用單晶片與栗用驅(qū)動組件，分別激發(fā)使其產(chǎn)生縱向伸縮變形，致使閥腔和栗腔容積交替變化，完成流體的吸入與噴出，在噴水的反作用力下，實現(xiàn)裝置的推進運動輸出。本發(fā)明具有驅(qū)動力大、功率密度高等技術(shù)優(yōu)勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0009]圖1所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置的剖視圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置的側(cè)視圖；
圖3所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置端蓋的俯視圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置端蓋的A-A向剖視圖； 圖5所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置端蓋的側(cè)視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置腔體的剖視圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置腔體中出水口疏水結(jié)構(gòu)的局部放大圖；
圖8所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置腔體的俯視圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置腔體的側(cè)視圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置栗用驅(qū)動組件的主視圖；
圖11所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置栗用驅(qū)動組件的側(cè)視圖；
圖12所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置夾緊塊的主視圖；
圖13所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置夾緊塊的B-B向剖視圖；
圖14所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置前端蓋的剖視圖；
圖15所示為本發(fā)明提出的一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置前端蓋的主視圖。
【具體實施方式】
[0010]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1~圖15說明本實施方式。本實施方式提供了一種縱振貼片式主動型噴水推進裝置的具體實施方案。所述縱振貼片式主動型噴水推進裝置主要由閥用單晶片1、閥用金屬基板2、端蓋3、支撐橡膠圈4、密封圈5、腔體6、緊固螺栓7、栗用驅(qū)動組件8、放大膜片9、夾緊塊10、栗用金屬基板11、前端蓋12和緊固螺釘13組成。
[0011]所述閥用單晶片I為43激振模式圓形壓電陶瓷片，沿厚度方向極化，所述閥用單晶片I 一側(cè)端面與閥用金屬基板2通過環(huán)氧樹脂膠連接，所述閥用單晶片I的通電導(dǎo)線1-1通過端蓋3上的導(dǎo)線孔3-2引出，實現(xiàn)外部激勵電源的輸入。
[0012]所述閥用金屬基板2為金屬彈性體結(jié)構(gòu)，布置于閥腔6的內(nèi)階梯圓環(huán)面6-2上，且通過支撐橡膠圈4夾持固定安裝于端蓋3與腔體6之間，所述閥用金屬基板2的一側(cè)端面通過環(huán)氧樹脂膠與閥用單晶片I固定連接。
[0013]所述端蓋3水平側(cè)面設(shè)置有內(nèi)腔3-1結(jié)構(gòu)，其用于通過環(huán)氧樹脂膠實現(xiàn)閥用單晶片I與內(nèi)腔壁3-1-1的固定安裝；所述端蓋3內(nèi)腔壁3-1-1上設(shè)置有導(dǎo)線孔3-2結(jié)構(gòu)，其用于實現(xiàn)閥用單晶片I通電導(dǎo)線1-1的引出；所述端蓋3水平側(cè)面還設(shè)置有圓環(huán)槽3-3結(jié)構(gòu)，其用于支撐橡膠圈4的布置，實現(xiàn)閥用金屬基板2的夾持緊固安裝；所述端蓋3水平側(cè)面還設(shè)置有密封環(huán)形槽3-4結(jié)構(gòu)，其用于密封圈5的安裝布置，實現(xiàn)閥腔6-1的密封；所述端蓋3水平側(cè)面還設(shè)置有四個通孔3-5結(jié)構(gòu)，其通過緊固螺栓7實現(xiàn)與腔體6的緊固連接；所述端蓋3垂直側(cè)面一側(cè)設(shè)置有兩個內(nèi)螺紋孔3-6結(jié)構(gòu)，其通過緊固螺釘13實現(xiàn)與前端蓋12、夾緊塊10和放大膜片9的緊固連接；所述端蓋3垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有密封環(huán)形槽3-7結(jié)構(gòu)，其用于密封圈5的安裝布置，實現(xiàn)栗腔的密封；所述端蓋3垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有半圓形通孔3-10結(jié)構(gòu)；所述半圓形通孔3-10內(nèi)側(cè)面3-8與腔體6 —側(cè)面膠粘密封；所述半圓形通孔3-10端面3-9與另一端蓋3半圓形通孔3-10端面3_9膠粘密封。
[0014]所述支撐橡膠圈4為圓環(huán)結(jié)構(gòu)彈性體，分別布置于端蓋3的圓環(huán)槽3-3、腔體6的圓環(huán)槽6-3、夾緊塊10的圓環(huán)槽10-4和前端蓋12的圓環(huán)槽12-3中，分別實現(xiàn)閥用金屬基板2和栗用金屬基板11的夾持緊固安裝。
[0015]所述密封圈5為圓環(huán)結(jié)構(gòu)彈性體，分別布置于端蓋3的密封環(huán)形槽3-2與3-7、腔體6的密封環(huán)形槽6-4、夾緊塊10的密封環(huán)形槽10-3與10-5和前端蓋12的密封環(huán)形槽12-4中，用于實現(xiàn)閥腔6-1、栗腔和裝置的密封。
[0016]所述腔體6設(shè)置有閥腔6-1結(jié)構(gòu)，其與閥用金屬基板2和閥用單晶片I形成封閉容腔，用于實現(xiàn)流體的吸入；所述腔體6還設(shè)置有內(nèi)階梯圓環(huán)面6-2結(jié)構(gòu)，其用于實現(xiàn)閥用金屬基板2的安裝布置；所述腔體6還設(shè)置有圓環(huán)槽6-3結(jié)構(gòu)，其用于支撐橡膠圈4的布置，實現(xiàn)閥用金屬基板2的夾持緊固安裝；所述腔體6還設(shè)置有密封環(huán)形槽6-4結(jié)構(gòu)，其用于密封圈5的安裝布置，實現(xiàn)閥腔6-1的密封；所述腔體6還設(shè)置有閥腔入水口 6-5結(jié)構(gòu)，其用于實現(xiàn)閥腔6-1流體的流通；所述閥腔入水口 6-5設(shè)置有閥用主動閥座6-6結(jié)構(gòu)，其用于與閥用單晶體I和閥用金屬基板2構(gòu)成閥用主動閥；所述腔體6還設(shè)置有栗腔入水口 6-7結(jié)構(gòu)，其用于實現(xiàn)栗腔流體的流通；所述腔體6還設(shè)置有栗腔出水口 6-9結(jié)構(gòu)，其用于實現(xiàn)高壓力流體的噴出；所述栗腔出水口