纵振贴片式主动型喷水推进装置及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纵振贴片式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，本发明公开了一种纵振贴片式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:所述纵振贴片式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。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。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。所述支撑橡胶圈与密封圈均为圆环结构弹性体。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。所述栗用驱动组件包括金属弹性体和4片压电陶瓷片，所述金属弹性体为方形截面梁结构，其一侧端部与栗用金属基板胶粘连接；所述4片压电陶瓷片均采用4激振模式，且均沿厚度方向极化，所述4片压电陶瓷片均与金属弹性体胶粘连接，其通电导线通过前端盖上的导线孔引出。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。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。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。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。
[0008]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】
[0009]图1所示为本发明提出的一种纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式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纵振贴片式主动型喷水推进装置栗用驱动组件的主视图；
图11所示为本发明提出的一种纵振贴片式主动型喷水推进装置栗用驱动组件的侧视图；
图12所示为本发明提出的一种纵振贴片式主动型喷水推进装置夹紧块的主视图；
图13所示为本发明提出的一种纵振贴片式主动型喷水推进装置夹紧块的B-B向剖视图；
图14所示为本发明提出的一种纵振贴片式主动型喷水推进装置前端盖的剖视图；
图15所示为本发明提出的一种纵振贴片式主动型喷水推进装置前端盖的主视图。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:结合图1~图15说明本实施方式。本实施方式提供了一种纵振贴片式主动型喷水推进装置的具体实施方案。所述纵振贴片式主动型喷水推进装置主要由阀用单晶片1、阀用金属基板2、端盖3、支撑橡胶圈4、密封圈5、腔体6、紧固螺栓7、栗用驱动组件8、放大膜片9、夹紧块10、栗用金属基板11、前端盖12和紧固螺钉13组成。
[0011]所述阀用单晶片I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I 一侧端面与阀用金属基板2通过环氧树脂胶连接，所述阀用单晶片I的通电导线1-1通过端盖3上的导线孔3-2引出，实现外部激励电源的输入。
[0012]所述阀用金属基板2为金属弹性体结构，布置于阀腔6的内阶梯圆环面6-2上，且通过支撑橡胶圈4夹持固定安装于端盖3与腔体6之间，所述阀用金属基板2的一侧端面通过环氧树脂胶与阀用单晶片I固定连接。
[0013]所述端盖3水平侧面设置有内腔3-1结构，其用于通过环氧树脂胶实现阀用单晶片I与内腔壁3-1-1的固定安装；所述端盖3内腔壁3-1-1上设置有导线孔3-2结构，其用于实现阀用单晶片I通电导线1-1的引出；所述端盖3水平侧面还设置有圆环槽3-3结构，其用于支撑橡胶圈4的布置，实现阀用金属基板2的夹持紧固安装；所述端盖3水平侧面还设置有密封环形槽3-4结构，其用于密封圈5的安装布置，实现阀腔6-1的密封；所述端盖3水平侧面还设置有四个通孔3-5结构，其通过紧固螺栓7实现与腔体6的紧固连接；所述端盖3垂直侧面一侧设置有两个内螺纹孔3-6结构，其通过紧固螺钉13实现与前端盖12、夹紧块10和放大膜片9的紧固连接；所述端盖3垂直侧面一侧还设置有密封环形槽3-7结构，其用于密封圈5的安装布置，实现栗腔的密封；所述端盖3垂直侧面一侧还设置有半圆形通孔3-10结构；所述半圆形通孔3-10内侧面3-8与腔体6 —侧面胶粘密封；所述半圆形通孔3-10端面3-9与另一端盖3半圆形通孔3-10端面3_9胶粘密封。
[0014]所述支撑橡胶圈4为圆环结构弹性体，分别布置于端盖3的圆环槽3-3、腔体6的圆环槽6-3、夹紧块10的圆环槽10-4和前端盖12的圆环槽12-3中，分别实现阀用金属基板2和栗用金属基板11的夹持紧固安装。
[0015]所述密封圈5为圆环结构弹性体，分别布置于端盖3的密封环形槽3-2与3-7、腔体6的密封环形槽6-4、夹紧块10的密封环形槽10-3与10-5和前端盖12的密封环形槽12-4中，用于实现阀腔6-1、栗腔和装置的密封。
[0016]所述腔体6设置有阀腔6-1结构，其与阀用金属基板2和阀用单晶片I形成封闭容腔，用于实现流体的吸入；所述腔体6还设置有内阶梯圆环面6-2结构，其用于实现阀用金属基板2的安装布置；所述腔体6还设置有圆环槽6-3结构，其用于支撑橡胶圈4的布置，实现阀用金属基板2的夹持紧固安装；所述腔体6还设置有密封环形槽6-4结构，其用于密封圈5的安装布置，实现阀腔6-1的密封；所述腔体6还设置有阀腔入水口 6-5结构，其用于实现阀腔6-1流体的流通；所述阀腔入水口 6-5设置有阀用主动阀座6-6结构，其用于与阀用单晶体I和阀用金属基板2构成阀用主动阀；所述腔体6还设置有栗腔入水口 6-7结构，其用于实现栗腔流体的流通；所述腔体6还设置有栗腔出水口 6-9结构，其用于实现高压力流体的喷出；所述栗腔出水口