夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置及其驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置及其驅動方法，屬于噴水推進技術領域。
【背景技術】
[0002]噴水推進裝置是利用推進栗噴出水流的反作用力產生推進力，進而實現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、結構復雜等缺點，使得噴水推進技術很難滿足當前機器人、小型探測、精密儀器等領域的應用需求。20世紀70年代發展起來的壓電栗是典型的微小型驅動裝置，具有易于微型化、動態響應快、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運動輸出的研究，受到了廣泛的關注。與傳統噴水推進裝置相比，因其具有功率密度高、結構簡單緊湊、驅動力大等技術優勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術領域具有廣闊應用前景。
[0003]中國實用新型專利《微型噴水推進栗》，授權公告號為CN 200989293 Y，授權公告日為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成的腔體內，栗體上設有入口流道和出口流道，入口流道對應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，噴口處不設閥，與外界常通，由栗腔、閥腔和噴口組成的栗內腔體為不封閉腔體；中國實用新型專利《壓電噴水推進裝置》，授權公告號為CN 202574604 U，授權公告日為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，栗體上設有入水口一和入水口二，在壓電振子與兩個入水口間設有閥腔，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裝置的推進運動輸出，但該實現方式的壓電噴水推進裝置存在驅動力小、功率密度低等技術問題，限制了其在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術領域的應用與發展。

【發明內容】

[0005]為了解決當前壓電噴水推進裝置存在驅動力小、功率密度低等技術問題，本發明公開了一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置及其驅動方法。
[0006]本發明所采用的技術方案是:所述夾心式模態轉換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端面與閥用金屬基板膠粘連接，所述閥用單晶片的通電導線通過端蓋上的導線孔引出。
[0008]所述閥用金屬基板為金屬彈性體結構，布置于閥腔的內階梯圓環面上，且通過支撐橡膠圈夾持固定安裝于端蓋與腔體之間。
[0009]所述端蓋的水平側面設置有內腔結構，所述端蓋內腔壁上設置有導線孔結構，所述端蓋的水平側面還設置有圓環槽結構，所述端蓋的水平側面還設置有密封環形槽結構，所述端蓋的水平側面還設置有四個通孔結構，所述端蓋的垂直側面一側設置有兩個內螺紋孔結構，所述端蓋的垂直側面一側還設置有密封環形槽結構，所述端蓋垂直側面一側還設置有半圓形通孔結構，所述半圓形通孔的內側面與腔體一側面膠粘密封，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。
[0010]所述支撐橡膠圈與密封圈均為圓環結構彈性體。
[0011]所述腔體設置有閥腔結構，所述腔體還設置有內階梯圓環面結構，所述腔體還設置有圓環槽結構，所述腔體還設置有密封環形槽結構，所述腔體還設置有閥腔入水口結構，所述閥腔入水口設置有閥用主動閥座結構，所述腔體還設置有栗腔入水口結構，所述腔體還設置有栗腔出水口結構，所述栗腔出水口設置有栗用主動閥座結構，所述栗腔出水口內壁設置有疏水結構。
[0012]所述栗用驅動組件包括前匹配桿、通電電極片、壓電陶瓷片、后匹配桿和絕緣套筒；所述前匹配桿為階梯圓柱狀彈性體結構，其小徑一側端部設置有外螺紋結構，靠近外螺紋結構一側設置有光滑外圓周表面結構；所述前匹配桿大徑一側外圓周表面沿圓周方向均勻設置有模態轉換器結構，所述模態轉換器為矩形槽結構或陣列圓孔結構或螺旋槽結構；所述通電電極片為設置有凸耳結構的圓環形銅片；所述壓電陶瓷片為4片J15激振模式的圓環形壓電陶瓷片，且其均沿厚度方向極化，所述相鄰布置的壓電陶瓷片的正極化面與正極化面相對布置，負極化面與負極化面相對布置；所述后匹配桿為圓柱結構彈性體，其一側端部中心位置設有內螺紋孔結構，另一側端面與栗用金屬基板膠粘連接；所述絕緣套筒為圓環狀絕緣體；所述絕緣套筒布置于前匹配桿的光滑外圓周表面上；所述通電電極片與壓電陶瓷片相互間隔布置于絕緣套筒上，所述通電電極片的通電導線通過前端蓋上的導線孔引出。
[0013]所述放大膜片為圓形彈性體結構，布置于夾緊塊一側端面的圓形槽內。
[0014]所述夾緊塊一側端面中心位置設有通孔結構，所述夾緊塊一側端面還設置有圓形槽結構，所述夾緊塊一側端面還設置有密封環形槽結構，所述夾緊塊另一側端面設置有圓環槽結構，所述夾緊塊另一側端面還設置有密封環形槽結構，所述夾緊塊另一側端面四周還設置有四個通孔結構。
[0015]所述栗用金屬基板為金屬彈性體結構，布置于前端蓋的內階梯圓環面上，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端面與栗用驅動組件膠粘連接。
[0016]所述前端蓋設置有內腔結構，所述前端蓋內腔壁上設置有導線孔結構，所述前端蓋一側端面設置有內階梯圓環面結構，所述前端蓋一側端面還設置有圓環槽結構，所述前端蓋一側端面還設置有密封環形槽結構，所述前端蓋另一側端面設置有四個沉頭通孔結構。
[0017]本發明的有益效果是:施加交流激勵電信號于閥用單晶片與栗用驅動組件，分別激發使其產生縱向伸縮變形，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，實現裝置的推進運動輸出。本發明具有驅動力大、功率密度高等技術優勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術領域具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0018]圖1所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置的剖視圖；
圖2所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置的側視圖；
圖3所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置端蓋的俯視圖；
圖4所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置端蓋的A-A向剖視圖；
圖5所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置端蓋的側視圖；
圖6所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置腔體的剖視圖；
圖7所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置腔體中出水口疏水結構的局部放大圖；
圖8所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置腔體的俯視圖；
圖9所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置腔體的側視圖；
圖10所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置開有矩形槽結構模態轉換器的栗用驅動組件的主視圖；
圖11所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置開有矩形槽結構模態轉換器的栗用驅動組件的剖視圖；
圖12所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置栗用驅動組件中前匹配桿的剖視圖；
圖13所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置栗用驅動組件中壓電陶瓷片與通電電極片的布置方式示意圖；
圖14所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置栗用驅動組件中后匹配桿的剖視圖；
圖15所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置栗用驅動組件中后匹配桿的側視圖；
圖16所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置栗用驅動組件中絕緣套筒的剖視圖；
圖17所示為本發明提出的一種夾心式模態轉換主動型噴水推進裝置