小型压电喷水推进系统设计

发布时间：2017-09-21 05:22

  本文关键词：小型压电喷水推进系统设计

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【摘要】：推进器是把发动机产生的能量转化为船舶前进动力的能量转换设备,作为船舶动力转化的核心部件其重要性不言而喻。喷水推进器利用高速喷射的水流产生动力推动船体向前,其优秀的抗空泡性能以及十分灵活的操作性,使得其在高速船舶中得到普遍的应用。但是传统的喷水推进器机械结构复杂、体积过于庞大、质量大,推进水泵的更换与维护较为复杂,限制了水下无人航行器的微型化。而且在航行过程中产生空气辐射噪声较大,不利于解决潜艇的降噪问题。因此研制出一种体积小、控制精度高、噪声低的喷水推进装置是该领域的研究热点。本文主要研究并设计了一种小型压电喷水推进器,将逆压电效应应用到压电喷水推进系统中,实现了喷水推进系统的小型化。该压电喷水推进器具有结构简单,体积小巧,无电磁干扰,无噪声干扰等优点。在微小型无人水下探测器、微小型水下机器人、玩具船、潜艇等水下航行器中具有潜在的应用价值。本文的主要工作和创新点如下：1.给出了压电喷水推进器的工作原理和基本机械结构设计,提出了压电喷水推进系统的总体设计方案,并通过COMSOL软件对压电换能器在水中的声压分布进行了仿真分析。仿真研究表明,压电换能器的声场可以在水中产生一定力的作用。2.根据系统设计的要求,进行了推进器驱动电路的总体设计,主要设计了DC-DC升压电路,单片机控制电路以及振荡电路,并通过实验制作了各部分电路。3.对压电喷水推进器系统中的电路进行了性能测试,并对压电喷水推进器样机进行了实验,验证了压电喷水推进系统的可行性。论文的研究结果对于压电喷水推进系统在水下动力驱动中的应用具有一定意义。
【关键词】：压电喷水推进器 机械结构设计 COMSOL仿真 驱动电路
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.34
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 选题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的主要研究内容与安排11-12
• 第2章 压电喷水推进器基本理论12-16
• 2.1 压电效应12
• 2.2 压电陶瓷换能器12-13
• 2.3 压电陶瓷换能器的等效电路13-14
• 2.4 本章小结14-16
• 第3章 压电喷水推进器系统结构设计16-24
• 3.1 压电喷水推进器工作原理16-17
• 3.2 压电喷水推进系统总体设计方案17-18
• 3.3 压电喷水推进器机械结构设计18-19
• 3.4 压电陶瓷换能器设计19-20
• 3.5 水下压电换能器声场仿真20-23
• 3.5.1 COMSOL几何建模20-21
• 3.5.2 多物理场耦合模块的选择21-22
• 3.5.3 仿真分析22-23
• 3.6 本章小结23-24
• 第4章 压电喷水推进器系统电路设计24-36
• 4.1 DC-DC升压电路24-29
• 4.2 控制电路29-31
• 4.3 振荡电路31-34
• 4.4 本章小结34-36
• 第5章 压电喷水推进器系统电路性能测试及样机实验36-44
• 5.1 升压电路测试36-38
• 5.2 控制电路的测试38-41
• 5.3 振荡电路的测试41-42
• 5.4 压电喷水推进器样机实验测试42-43
• 5.5 本章小结43-44
• 第6章 总结与展望44-46
• 6.1 本文的主要工作及结论44-45
• 6.2 进一步工作及应用前景45-46
• 参考文献46-50
• 致谢50-52
• 攻读学位期间研究成果52

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本文编号：892618