本文關(guān)鍵詞：基于諧振驅(qū)動的壓電微噴裝置的研究

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【摘要】：近些年,我國在載人航天工程、探月工程等一系列航天重大項目中頻傳捷報,標志著我國的航天科研實力已逐步邁向國際前沿。然而航天工程卻是一項高投入和高成本的研究項目,而且在軌運行航天器又極易受到空間極端條件的影響而發(fā)生故障。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),因潤滑失效而引起的機械運轉(zhuǎn)部件的摩擦磨損是造成航天器故障的重要因素之一。目前,針對空間潤滑失效問題,國內(nèi)外學者都曾有所研究,但是該問題的解決方案卻并不成熟,仍有一些技術(shù)瓶頸如補油、儲油、密封等難題尚未得到妥善解決。而且空間潤滑技術(shù)屬于國家核心技術(shù),各國對此都一直處于一種高度封鎖保密的狀態(tài)。因此,為了適應未來空間探索的需求,我國必須要自主研究并掌握空間潤滑技術(shù)。本文以航天器控制力矩陀螺(CMG)軸承潤滑問題為應用背景,提出了一種壓電驅(qū)動的微量噴油潤滑裝置,該裝置具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、嵌入方便、絕緣性和密封性好等優(yōu)點。工作時,對壓電陶瓷脈沖激勵參數(shù)進行調(diào)控,可實現(xiàn)定時定量噴射潤滑油。通過補充潤滑的方式,有望解決潤滑失效這一技術(shù)難題。本文首先介紹了壓電微噴裝置的工作原理和結(jié)構(gòu)設計,建立了致動部件壓電振子的有限元分析模型,并進行了考慮流體附加質(zhì)量的影響時壓電振子的模態(tài)分析。為優(yōu)化壓電振子的致動性能,分析了流體附加質(zhì)量、壓電陶瓷片的厚度、金屬振動膜的厚度、液體密度及液體層厚度對壓電振子諧振頻率和質(zhì)點最大振幅的影響,并研究了脈沖電壓波形對壓電振子振動位移和振動速度的作用規(guī)律。針對微噴裝置所涉及的流固耦合問題,借助MFX-ANSYS/CFX仿真平臺,研究了單脈沖激勵下,壓電振子質(zhì)點振動位移響應和流場中的壓力波分布特性。借助CFD-ACE多相流體動力學軟件,對噴射情況進行了仿真研究,分析了激勵脈沖參數(shù)和液體參數(shù)對微噴裝置噴射性能的影響。最后對微噴裝置進行了實驗研究,分析了流固耦合作用對壓電振子諧振頻率和振型的影響,以及激勵脈沖波形、脈沖占空比和液體粘度等因素對微噴機構(gòu)噴射性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：潤滑失效 空間潤滑 壓電微噴 有限元 流固耦合
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V444
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9-10
• 1.2 空間潤滑技術(shù)研究現(xiàn)狀10
• 1.3 壓電微噴技術(shù)研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.3 目前存在的主要問題16
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 壓電微噴裝置的設計與動力學仿真18-34
• 2.1 引言18
• 2.2 壓電微噴裝置的結(jié)構(gòu)設計18-22
• 2.2.1 壓電微噴裝置的工作原理18-19
• 2.2.2 壓電微噴裝置的構(gòu)型設計19-22
• 2.3 壓電振子有限元模型的建立22-25
• 2.4 壓電振子動態(tài)特性仿真25-32
• 2.4.1 壓電振子的模態(tài)分析25-26
• 2.4.2 壓電振子振動特性的影響因素26-31
• 2.4.3 脈沖波形對振子振動的影響規(guī)律31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第3章 壓電微噴多場耦合特性分析與噴射仿真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多場耦合仿真平臺介紹34-35
• 3.2.2 壓電振子質(zhì)點的振動位移響應規(guī)律35-37
• 3.2.3 壓電振子諧振時流場的壓力分布37-38
• 3.3 壓電微噴裝置噴射特性仿真38-43
• 3.3.1 噴射仿真模型38
• 3.3.2 速度邊界條件的建立38-41
• 3.3.3 噴射過程仿真模擬41-43
• 3.4 微噴裝置噴射性能的影響因素43-48
• 3.4.1 激勵脈沖參數(shù)對噴射特性的影響43-45
• 3.4.2 液體參數(shù)對噴射特性的影響45-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 第4章 壓電微噴裝置的實驗研究50-63
• 4.1 引言50
• 4.2 實驗平臺的搭建50-52
• 4.2.1 振動模態(tài)測試平臺的建立50-51
• 4.2.2 噴射實驗平臺的建立51-52
• 4.3 實驗結(jié)果分析與討論52-61
• 4.3.1 壓電振子模態(tài)分析的驗證實驗52-55
• 4.3.2 微噴裝置噴射性能分析實驗55-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻65-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文69-71
• 致謝71

【參考文獻】

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：950053