基于谐振驱动的压电微喷装置的研究

发布时间：2017-09-30 19:41

  本文关键词：基于谐振驱动的压电微喷装置的研究

  更多相关文章： 润滑失效 空间润滑 压电微喷 有限元 流固耦合

【摘要】：近些年,我国在载人航天工程、探月工程等一系列航天重大项目中频传捷报,标志着我国的航天科研实力已逐步迈向国际前沿。然而航天工程却是一项高投入和高成本的研究项目,而且在轨运行航天器又极易受到空间极端条件的影响而发生故障。经研究发现,因润滑失效而引起的机械运转部件的摩擦磨损是造成航天器故障的重要因素之一。目前,针对空间润滑失效问题,国内外学者都曾有所研究,但是该问题的解决方案却并不成熟,仍有一些技术瓶颈如补油、储油、密封等难题尚未得到妥善解决。而且空间润滑技术属于国家核心技术,各国对此都一直处于一种高度封锁保密的状态。因此,为了适应未来空间探索的需求,我国必须要自主研究并掌握空间润滑技术。本文以航天器控制力矩陀螺(CMG)轴承润滑问题为应用背景,提出了一种压电驱动的微量喷油润滑装置,该装置具有体积小、重量轻、结构紧凑、嵌入方便、绝缘性和密封性好等优点。工作时,对压电陶瓷脉冲激励参数进行调控,可实现定时定量喷射润滑油。通过补充润滑的方式,有望解决润滑失效这一技术难题。本文首先介绍了压电微喷装置的工作原理和结构设计,建立了致动部件压电振子的有限元分析模型,并进行了考虑流体附加质量的影响时压电振子的模态分析。为优化压电振子的致动性能,分析了流体附加质量、压电陶瓷片的厚度、金属振动膜的厚度、液体密度及液体层厚度对压电振子谐振频率和质点最大振幅的影响,并研究了脉冲电压波形对压电振子振动位移和振动速度的作用规律。针对微喷装置所涉及的流固耦合问题,借助MFX-ANSYS/CFX仿真平台,研究了单脉冲激励下,压电振子质点振动位移响应和流场中的压力波分布特性。借助CFD-ACE多相流体动力学软件,对喷射情况进行了仿真研究,分析了激励脉冲参数和液体参数对微喷装置喷射性能的影响。最后对微喷装置进行了实验研究,分析了流固耦合作用对压电振子谐振频率和振型的影响,以及激励脉冲波形、脉冲占空比和液体粘度等因素对微喷机构喷射性能的影响。
【关键词】：润滑失效 空间润滑 压电微喷 有限元 流固耦合
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V444
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 空间润滑技术研究现状10
• 1.3 压电微喷技术研究现状10-16
• 1.3.1 国外研究现状10-14
• 1.3.2 国内研究现状14-16
• 1.3.3 目前存在的主要问题16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 压电微喷装置的设计与动力学仿真18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 压电微喷装置的结构设计18-22
• 2.2.1 压电微喷装置的工作原理18-19
• 2.2.2 压电微喷装置的构型设计19-22
• 2.3 压电振子有限元模型的建立22-25
• 2.4 压电振子动态特性仿真25-32
• 2.4.1 压电振子的模态分析25-26
• 2.4.2 压电振子振动特性的影响因素26-31
• 2.4.3 脉冲波形对振子振动的影响规律31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 压电微喷多场耦合特性分析与喷射仿真34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 基于MFX-ANSYS/CFX的流固耦合特性仿真34-38
• 3.2.1 MFX-ANSYS/CFX多场耦合仿真平台介绍34-35
• 3.2.2 压电振子质点的振动位移响应规律35-37
• 3.2.3 压电振子谐振时流场的压力分布37-38
• 3.3 压电微喷装置喷射特性仿真38-43
• 3.3.1 喷射仿真模型38
• 3.3.2 速度边界条件的建立38-41
• 3.3.3 喷射过程仿真模拟41-43
• 3.4 微喷装置喷射性能的影响因素43-48
• 3.4.1 激励脉冲参数对喷射特性的影响43-45
• 3.4.2 液体参数对喷射特性的影响45-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第4章 压电微喷装置的实验研究50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 实验平台的搭建50-52
• 4.2.1 振动模态测试平台的建立50-51
• 4.2.2 喷射实验平台的建立51-52
• 4.3 实验结果分析与讨论52-61
• 4.3.1 压电振子模态分析的验证实验52-55
• 4.3.2 微喷装置喷射性能分析实验55-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 冯焱颖,周兆英,叶雄英,王国辉;压电致动微喷的压力波特征分析[J];微纳电子技术;2003年Z1期

2 ;The effect of nozzle layout on droplet ejection of a piezo-electrically actuated micro-atomizer[J];Acta Mechanica Sinica;2007年02期

3 朱宇;王芷;齐志红;;中国航天——从航天大国走向航天强国[J];科技导报;2007年23期

4 孙智强;;我国3D打印产业发展现状及前景展望[J];江苏科技信息;2014年06期

5 王泽爱;陈国需;;航天器用液体润滑剂润滑性能研究进展[J];润滑与密封;2008年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 许立宁;基于MEMS技术的压电微喷的研制[D];中国科学院研究生院（电子学研究所）;2005年

，

本文编号：950053