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基于圆形压电泵的喷水推进装置研究

发布时间:2018-01-09 15:03

  本文关键词:基于圆形压电泵的喷水推进装置研究 出处:《吉林大学》2012年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 压电泵 反推 推进装置 压电振子


【摘要】:压电喷水推进装置是结合压电泵技术和喷水推进技术的一个崭新应用领域,为水下驱动装置提供了新的研究方向。本文在充分分析国内外研究现状的基础上,基于仿生学原理和压电材料的逆压电效应,设计并制造了压电喷水推进装置,,并对装置中的动力部分—压电反推喷流泵进行测试。本文的主要研究内容如下: 1.喷水推进装置现状和应用前景 通过查阅国内外相关资料,综合分析和研究了国内外有关水下驱动装置的的发展历史和前景应用。微小型驱动装置主要包括仿生驱动装置和压电驱动装置,其中压电驱动装置凭借其自身的优点,可用在高效率、大范围、长时间的水下作业;也可以用在隐蔽性强、机动性能高、电磁干扰严重的领域。 2.双晶面圆形压电振子的性能分析 压电喷水推进装置的重要组成部分是压电反推喷流泵,而泵的核心驱动元件为压电振子,其性能的优劣直接影响压电泵的工作性能。本文结合压电学基础理论,对所选用的圆形双晶片压电振子进行性能测试,搭建测试平台,测试不同驱动信号对压电振子振动的影响,得出驱动电压为正弦波时压电振子的振动性能最好,并测试了不同频率和不同电压下的压电振子振动性能。研究压电振子的支撑方式及压电振子变形时与预紧力的关系,为设计性能优越的压电反推喷流泵提供理论依据。 3.压电反推喷流泵基本参数的影响和分析 研究泵的结构因素对压电反推喷流泵中压电振子振动的影响,其中包括腔体高度,缓冲腔形状,流道长度及出口处有无倒角对压电振子中心点振幅的影响。建立压电反推喷流泵的喷水动力学模型,通过对动力学参数的分析,得出压电反推喷流泵的速度和推力与压电振子的振幅、频率、流体密度、喷水流直径等因素有关。 4.压电反推喷流泵的结构设计和工作原理分析 对两种常见的截止阀悬臂梁阀和伞形阀进行比较和分析,得出伞形阀具有较大的通流面积和较高的自吸性能,适用于高输出流量的泵体中。此外还对伞形阀的工作原理进行分析。得出要想获得较大的喷流效果应选用伞形橡胶阀作为截止阀。在单入口双阀压电反推喷流泵的设计为理论基础上,选择伞形橡胶阀作为单向截止阀,设计了多个入口、不同入口方向和双振子双阀压电反推喷流泵,并对它们的结构和工作原理进行分析。此外还研究了压电反推喷流泵腔内压力分布规律,并以两种常见的出流方式轴向出流和径向出流进行比较说明,得出轴向出流时流体压力沿径向呈对数分布压电振子边缘处的压力最大,径向出流时更易于提高压电反推喷流泵的自身性能。此外还推导了孔口出流原理,为设计性能更加优越的压电反推喷流泵提供了理论依据。 5.压电喷水推进装置的性能试验与研究 研制了多入口多阀,双振子双阀和单入口双阀泵的三种不同出水方式的压电反推喷流泵试验样机。搭建压电反推喷流泵的试验测试平台,对压电反推喷流泵的输出输出压力和输出流量进行测试。选择性能较好的压电反推喷流泵制作压电喷水推进装置,搭建试验平台测试装置的速度和推力,得出不同喷水推进装置在不同频率处的性能变化规律。
[Abstract]:Piezoelectric water jet propulsion device is a new application based on piezoelectric pump technology and water jet propulsion technology, provides a new research direction for underwater driving device. Based on the analysis on the present research, the inverse piezoelectric effect of piezoelectric material and bionics principle based on the design and manufacture of pressure the electric propulsion device, and the device in the power part, piezoelectric water jet pump test. The main contents of this paper are as follows:
Current situation and application prospect of 1. water jet propulsion
Through access to relevant information at home and abroad, a comprehensive analysis and Study on water at home and abroad under the drive the development history and application prospect. The micro drive device includes a bionic driving device and piezoelectric driving device, wherein the piezoelectric driving device according to its own advantages, can be used in high efficiency, wide range, long time of water operation; can also be used in concealment, high maneuver performance, serious electromagnetic interference field.
Performance analysis of a circular piezoelectric vibrator with 2. crystal surfaces
An important part of the piezoelectric water jet propulsion device is a piezoelectric water jet pump, and the pump driving element for piezoelectric oscillator, its performance directly affects the performance of the piezoelectric pump. Based on the basic theory of circular piezoelectric bimorph, the piezoelectric vibrator for performance test. Set up the test platform. The effect of different driver signal of piezoelectric vibrator test, the vibration performance of the driving voltage for a sine wave when the piezoelectric vibrator is best, different frequency and voltage of the piezoelectric vibrator and the performance test. Research on support of piezoelectric vibrator and piezoelectric vibrator deformation and the relationship between the pretightening force, provides the theory basis for the design of high performance piezoelectric water jet pump.
The influence and analysis of the basic parameters of 3. piezoelectric backstepping pump
Study on the influence of structure factors on the piezoelectric pump water jet pump of piezoelectric vibrator, including the cavity height, buffer cavity shape, the length of the channel and the outlet has no effect on the chamfer of piezoelectric vibrator center amplitude. Establish dynamic model of piezoelectric water jet pump, through the analysis of the kinetic parameters, the piezoelectric water jet pump speed and thrust and piezoelectric oscillator amplitude, frequency, fluid density, water flow diameter and other factors.
Structure design and working principle analysis of 4. piezoelectric backstepping jet pump
On two kinds of valve and valve shaped cantilever valve is compared and analyzed, the self-priming performance of umbrella valve with large flow area and high, the pump is suitable for high output flow. In addition, the working principle of an umbrella valve were analyzed. In order to get larger jet effect should be obtained the umbrella rubber valve as the valve. In the single entrance design of double valve piezoelectric water jet pump is based on the theory of choice as a one-way valve rubber valve umbrella, designed a number of different entrance, entrance direction and double vibrator double valve piezoelectric water jet pump, and the structure and working principle of the analysis. Furthermore piezoelectric water jet pump cavity pressure distribution, and the two kinds of flow and axial flow and radial flow are compared, the axial flow when the fluid pressure along the radial distribution of logarithmic pressure The pressure at the edge of the electric actuator is the largest. When the radial flow is out, it is easier to improve the self performance of the piezoelectric backstepping jet pump. In addition, the outlet principle of the orifice is derived, which provides a theoretical basis for the design of the piezoelectric backstepping jet pump with superior performance.
Performance test and study of 5. piezoelectric water jet propulsion
The development of multi entrance valve, three different water double vibrator double valve and single pump entrance double valve piezoelectric water jet pump test prototype was set up. The test platform of piezoelectric water jet pump, test the output pressure and output flow of the piezoelectric water jet pump. Choose the good performance the piezoelectric water jet pump made of piezoelectric water jet propulsion system, build the test platform test device speed and thrust, different water jet propulsion performance changes in different frequency of the device.

【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH38

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本文编号:1401845

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