[發明專利]一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統及其方法

有效

• 申請號: 202110301371.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113071647B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 陳宇航;金家楣;劉瑞;王亮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B63H21/17
• 分類號: B63H21/17;B63H25/24;H02N2/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

1.一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統，其特征在于，包含壓電驅動單元、第一至第二螺旋槳、以及第一至第二方向舵；

所述壓電驅動單元包含金屬基體、以及第一至第八壓電陶瓷片；

所述金屬基體包含基座、第一至第二作動頭、第一至第二連桿、以及第一至第二轉動座；

所述基座為關于其中心軸線對稱的八棱柱，包含第一至第二端面、以及依次相連的第一至第八側壁；

所述第一作動頭、第二作動頭結構相同，均為半圓柱；第一作動頭、第二作動頭的底面分別固定在基座的第一端面、第二端面上，且第一作動頭、第二作動頭的底面中心均位于基座的軸線上；第一作動頭的兩個端面分別和基座的第一側壁、第五側壁位于同一平面，第二作動頭的兩個端面分別和基座的第三側壁、第七側壁位于同一平面，即第一驅動頭、第二驅動頭正交設置；

所述第一至第二轉動座結構相同，均為一端開口一端封閉的空心圓柱體；

所述第一至第二連桿結構相同，其中，第一連桿一端和所述第一轉動座的端壁同軸固連，另一端和所述第一作動頭的側壁固連；第二連桿一端和所述第二轉動座的端壁同軸固連，另一端和所述第二作動頭的側壁固連；第一連桿、第二連桿均和所述基座同軸；

所述第一至第八壓電陶瓷片結構相同，其中，第一、第五壓電陶瓷片設置在基座的第一側壁上，第二、第六壓電陶瓷片設置在基座的第三側壁上，第三、第七壓電陶瓷片設置在基座的第五側壁上，第四、第八壓電陶瓷片設置在基座的第七側壁上；第一至第四壓電陶瓷片的中心位于同一平面，第五至第八壓電陶瓷片的中心位于同一平面，且第一至第八壓電陶瓷片關于基座的中心呈中心對稱、均沿其厚度方向同時朝外或同時朝內極化；

所述第一螺旋槳、第二螺旋槳均包含固定軸、轉筒、n個葉片、預緊螺栓、彈簧、以及n個作動桿，n為大于等于2的自然數，其中，所述轉筒為沿其軸線設有和所述固定軸相匹配的通孔的圓柱體；所述固定軸一端設有和所述預緊螺栓相配合的螺紋，和所述預緊螺栓螺紋相連；固定軸的另一端穿過轉筒上的通孔，和轉筒轉動連接；所述彈簧設置在預緊螺栓和轉筒之間的固定軸上，彈簧一端和預緊螺栓相抵、另一端和轉筒相抵；所述n個葉片周向均勻設置在所述轉筒的外壁上；所述n個作動桿周向均勻設置在固定軸外，且n個作動桿的一端和n個葉片一一對應固連；

所述第一螺旋槳固定軸的另一端和所述第一轉動座端壁同軸固連，使得第一螺旋槳n個作動桿的另一端在其彈簧的彈力作用下伸入第一轉動座內抵住第一轉動座的端壁；

所述第二螺旋槳固定軸的另一端和所述第二轉動座端壁同軸固連，使得第二螺旋槳n個作動桿的另一端在其彈簧的彈力作用下伸入第二轉動座內抵住第二轉動座的端壁；

所述第一螺旋槳、第二螺旋槳葉片的旋向相反；

所述第一方向舵、第二方向舵均包含第一至第二夾板、第一至第四固定螺栓、第一至第二拉簧、以及方向板，其中，所述方向板為弧形長條板，其中心設有通孔，方向板的兩條側邊上分別設有和其垂直固連的第一轉柱、第二轉柱，所述第一轉柱、第二轉柱同軸，且方向板關于經過第一轉柱軸線且垂直于方向板的平面呈鏡面對稱；所述第一夾板、第二夾板結構相同，均為矩形板，且該矩形板一條短邊的中點處設有垂直于板面的半圓柱通槽；所述第一夾板上設有兩個分別供所述第一固定螺栓、第二固定螺栓穿過的通孔，第二夾板上設有兩個分別供第三固定螺栓、第四固定螺栓穿過的通孔；

所述基座第三側壁上設有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第一螺紋孔以及和第一方向舵第二固定螺栓相匹配的第二螺紋孔，其中，第一螺紋孔、第二螺紋孔將第二壓電陶瓷片夾在其中且第一螺紋孔和第一作動頭之間的距離小于第二螺紋孔和第一作動頭之間的距離；所述第一方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿過第一方向舵第一夾板上與其對應的通孔后分別和第一螺紋孔、第二螺紋孔對應螺紋連接，將第一方向舵第一夾板固定在基座的第三側壁上；所述第二壓電陶瓷片被夾在第一方向舵第一夾板和基座第三側壁之間，且第一方向舵第一夾板上的通槽位于第一固定螺栓和第一轉動座之間；

所述基座第七側壁上設有和所述第一方向舵第三固定螺栓相匹配的第三螺紋孔以及和第一方向舵第四固定螺栓相匹配的第四螺紋孔，其中，第三螺紋孔、第四螺紋孔將第四壓電陶瓷片夾在其中且第三螺紋孔和第一作動頭之間的距離小于第四螺紋孔和第一作動頭之間的距離；所述第一方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿過第一方向舵第二夾板上與其對應的通孔后分別和第三螺紋孔、第四螺紋孔對應螺紋連接，將第一方向舵第二夾板固定在基座的第七側壁上；所述第四壓電陶瓷片被夾在第一方向舵第二夾板和基座第七側壁之間，且第一方向舵第二夾板上的通槽位于第三固定螺栓和第一轉動座之間；

所述第一方向舵中：方向板套在第一連桿外，方向板的內壁和第一作動頭相抵；第一轉柱、第二轉柱分別對應位于第一夾板、第二夾板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一轉柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二轉柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上；

所述基座第一側壁上設有和所述第一方向舵第一固定螺栓相匹配的第五螺紋孔以及和第二方向舵第二固定螺栓相匹配的第六螺紋孔，其中，第五螺紋孔、第六螺紋孔將第五壓電陶瓷片夾在其中且第五螺紋孔和第二作動頭之間的距離小于第六螺紋孔和第二作動頭之間的距離；所述第二方向舵的第一固定螺栓、第二固定螺栓穿過第二方向舵第一夾板上與其對應的通孔后分別和第五螺紋孔、第六螺紋孔對應螺紋連接，將第二方向舵第一夾板固定在基座的第一側壁上；所述第五壓電陶瓷片被夾在第二方向舵第一夾板和基座第一側壁之間，且第二方向舵第一夾板上的通槽位于第一固定螺栓和第二轉動座之間；

所述基座第五側壁上設有和所述第二方向舵第三固定螺栓相匹配的第七螺紋孔以及和第二方向舵第四固定螺栓相匹配的第八螺紋孔，其中，第七螺紋孔、第八螺紋孔將第七壓電陶瓷片夾在其中且第七螺紋孔和第二作動頭之間的距離小于第八螺紋孔和第二作動頭之間的距離；所述第二方向舵的第三固定螺栓、第四固定螺栓穿過第二方向舵第二夾板上與其對應的通孔后分別和第七螺紋孔、第八螺紋孔對應螺紋連接，將第二方向舵第二夾板固定在基座的第五側壁上；所述第七壓電陶瓷片被夾在第二方向舵第二夾板和基座第五側壁之間，且第二方向舵第二夾板上的通槽位于第三固定螺栓和第二轉動座之間；

所述第二方向舵中：方向板套在第二連桿外，方向板的外壁和第二作動頭相抵；第一轉柱、第二轉柱分別對應位于第一夾板、第二夾板的通槽中；第一拉簧一端固定在第一轉柱上，另一端固定在第一固定螺栓的螺柱上；第二拉簧一端固定在第二轉柱上，另一端固定在第三固定螺栓的螺柱上。