一种压电驱动深海推进装置及其工作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112448610A(43)申请公布日2021.03.05(21)申请号202011154547.9(22)申请日2020.10.26(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人刘瑞金家楣赵恒王亮于鹏鹏(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人韩天宇(51)Int.Cl.H02N2/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图6页(54)发明名称一种压电驱动深海推进装置及其工作方法(57)摘要本发明公开了一种压电驱动深海推进装置及其工作方法，压电驱动深海推进装置包含压电振子、上整流盖和下整流盖；压电振子包括金属基体和四个压电陶瓷片，其中金属基体呈菱形，由四个振动梁和两个V型连接头相互固连组成，两侧振动梁固连处构成两个作动头；四个压电陶瓷片分别粘贴在四个振动梁内侧，均沿厚度方向极化、极化方向朝外；上整流盖和下整流盖均为流线型，两端对应粘贴在两个V型连接头上。通过对所述的压电陶瓷片施加具有90°相位差的驱动信号使作动器向前或向后运动，改变同一侧压电陶瓷片的电压则能够转向。本发明大幅减小了潜航器的体积，降低了结构的复杂程度，同时也杜绝了强磁场对推进器的影响。CN112448610ACN112448610A权利要求书1/2页1.一种压电驱动深海推进装置，其特征在于，包括压电振子、上整流盖和下整流盖；所述压电振子包括金属基体以及第一至第四压电陶瓷片；所述金属基体呈菱形，包含第一连接头、第二连接头、以及第一至第四振动梁；所述第一连接头、第二连接头结构相同，均包含第一斜四棱锥和第二斜四棱锥；所述第一斜四棱锥、第二斜四棱锥均包含底面、以及第一至第四斜面；所述第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的底面在同一平面上、顶角固连，第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第二斜面在同一平面上，第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第四斜面在同一平面上，第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第三斜面之间形成V字形缝隙；所述第一至第四振动梁呈条状、结构相同，均包含第一至第四侧面、第一端面和第二端面，其中，第一至第四侧面面依次垂直相连，第一侧面平行于第三侧面，第二侧面平行于第四侧面；第一端面和第一侧面之间夹角的角度为预设的第一角度阈值，所述第一角度阈值大于90°；第二端面和第一侧面之间的角度为预设的第二角度阈值，所述第二角度阈值小于90°；所述第一振动梁、第三振动梁的第一侧面平行设置，第二振动梁、第四振动梁的第一侧面平行设置；第一振动梁、第二振动梁的第一端面位于同一平面，第三振动梁、第四振动梁的第一端面位于同一平面；第一振动梁远离其第一端面的一端和第四振动梁远离其第一端面的一端固连，形成第一作动头；第二振动梁远离其第一端面的一端和第三振动梁远离其第一端面的一端固连，形成第二作动头；所述第一连接头第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的底面分别和第一振动梁、第二振动梁的第一端面对应固连；第二连接头第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的底面分别和第三振动梁、第四振动梁的第一端面对应固连；所述第一至第四压电陶瓷片对应设置在所述第一至第四振动梁的第三侧面上，均沿其厚度方向极化、极化方向朝外；所述压电振子呈中心对称；所述上整流盖、下整流盖结构相同，均包含包含盖体、第一连接件和第二连接件，其中，所述盖体为弧面板、呈截掉两端的椭圆状，所述第一连接件、第二连接件分别和所述盖体的两端固连；所述上整流盖的第一连接件和第一连接头中第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第二斜面固连，上整流盖的第二连接件和第二连接头中第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第二斜面固连；所述下整流盖的第一连接件和第一连接头中第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第四斜面固连，下整流盖的第二连接件和第二连接头中第一斜四棱锥、第二斜四棱锥的第四斜面固连；且上整流盖、下整流盖的盖体开口相向。2.根据权利要求1所述的压电驱动深海推进装置，其特征在于，所述上整流盖、下整流盖中，第一连接件、第二连接件为结构相同的V形面板。3.基于权利要求1所述的压电驱动水下深海推进装置的工作方法，其特征在于，包含以下过程：如果需要推进装置向前运动，对第一、第二压电陶瓷片施加第一信号，对第三、第四压电陶瓷片施加第二信号，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差π/2且电压相同，激励出压电振子的一阶弯振对称模态和一阶弯振反对称模态，两个模态叠加使得所述第2CN112448610A权利要求书2/2页一、第二作动头质点产生方向相反的椭圆运动轨迹，搅动周围水体形成与第一、第二作动头椭圆运动方向相同的涡流，进而产生推力；如果需要推进装置向后运动，调整第一信号、第二信号使其在时间相位上相差-π/2且电压相同即可；如果需要推进装置转弯，调节第一、第四压电陶瓷片上驱动信号的电压，使其大于第二、第三