本文關(guān)鍵詞：基于圓形壓電泵的噴水推進(jìn)裝置研究　出處：《吉林大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：壓電噴水推進(jìn)裝置是結(jié)合壓電泵技術(shù)和噴水推進(jìn)技術(shù)的一個(gè)嶄新應(yīng)用領(lǐng)域,為水下驅(qū)動(dòng)裝置提供了新的研究方向。本文在充分分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于仿生學(xué)原理和壓電材料的逆壓電效應(yīng)，設(shè)計(jì)并制造了壓電噴水推進(jìn)裝置，，并對裝置中的動(dòng)力部分—壓電反推噴流泵進(jìn)行測試。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1.噴水推進(jìn)裝置現(xiàn)狀和應(yīng)用前景 通過查閱國內(nèi)外相關(guān)資料，綜合分析和研究了國內(nèi)外有關(guān)水下驅(qū)動(dòng)裝置的的發(fā)展歷史和前景應(yīng)用。微小型驅(qū)動(dòng)裝置主要包括仿生驅(qū)動(dòng)裝置和壓電驅(qū)動(dòng)裝置，其中壓電驅(qū)動(dòng)裝置憑借其自身的優(yōu)點(diǎn)，可用在高效率、大范圍、長時(shí)間的水下作業(yè)；也可以用在隱蔽性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性能高、電磁干擾嚴(yán)重的領(lǐng)域。 2.雙晶面圓形壓電振子的性能分析 壓電噴水推進(jìn)裝置的重要組成部分是壓電反推噴流泵，而泵的核心驅(qū)動(dòng)元件為壓電振子，其性能的優(yōu)劣直接影響壓電泵的工作性能。本文結(jié)合壓電學(xué)基礎(chǔ)理論，對所選用的圓形雙晶片壓電振子進(jìn)行性能測試，搭建測試平臺(tái)，測試不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)對壓電振子振動(dòng)的影響，得出驅(qū)動(dòng)電壓為正弦波時(shí)壓電振子的振動(dòng)性能最好，并測試了不同頻率和不同電壓下的壓電振子振動(dòng)性能。研究壓電振子的支撐方式及壓電振子變形時(shí)與預(yù)緊力的關(guān)系，為設(shè)計(jì)性能優(yōu)越的壓電反推噴流泵提供理論依據(jù)。 3.壓電反推噴流泵基本參數(shù)的影響和分析 研究泵的結(jié)構(gòu)因素對壓電反推噴流泵中壓電振子振動(dòng)的影響，其中包括腔體高度，緩沖腔形狀，流道長度及出口處有無倒角對壓電振子中心點(diǎn)振幅的影響。建立壓電反推噴流泵的噴水動(dòng)力學(xué)模型，通過對動(dòng)力學(xué)參數(shù)的分析，得出壓電反推噴流泵的速度和推力與壓電振子的振幅、頻率、流體密度、噴水流直徑等因素有關(guān)。 4.壓電反推噴流泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理分析 對兩種常見的截止閥懸臂梁閥和傘形閥進(jìn)行比較和分析，得出傘形閥具有較大的通流面積和較高的自吸性能，適用于高輸出流量的泵體中。此外還對傘形閥的工作原理進(jìn)行分析。得出要想獲得較大的噴流效果應(yīng)選用傘形橡膠閥作為截止閥。在單入口雙閥壓電反推噴流泵的設(shè)計(jì)為理論基礎(chǔ)上，選擇傘形橡膠閥作為單向截止閥，設(shè)計(jì)了多個(gè)入口、不同入口方向和雙振子雙閥壓電反推噴流泵，并對它們的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析。此外還研究了壓電反推噴流泵腔內(nèi)壓力分布規(guī)律，并以兩種常見的出流方式軸向出流和徑向出流進(jìn)行比較說明，得出軸向出流時(shí)流體壓力沿徑向呈對數(shù)分布?jí)弘娬褡舆吘壧幍膲毫ψ畲�，徑向出流時(shí)更易于提高壓電反推噴流泵的自身性能。此外還推導(dǎo)了孔口出流原理，為設(shè)計(jì)性能更加優(yōu)越的壓電反推噴流泵提供了理論依據(jù)。 5.壓電噴水推進(jìn)裝置的性能試驗(yàn)與研究 研制了多入口多閥，雙振子雙閥和單入口雙閥泵的三種不同出水方式的壓電反推噴流泵試驗(yàn)樣機(jī)。搭建壓電反推噴流泵的試驗(yàn)測試平臺(tái)，對壓電反推噴流泵的輸出輸出壓力和輸出流量進(jìn)行測試。選擇性能較好的壓電反推噴流泵制作壓電噴水推進(jìn)裝置，搭建試驗(yàn)平臺(tái)測試裝置的速度和推力，得出不同噴水推進(jìn)裝置在不同頻率處的性能變化規(guī)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.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH38

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本文編號(hào)：1401845