[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

本發明公開了一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統及其方法，系統包含壓電驅動單元、兩個螺旋槳和兩個方向舵，壓電驅動單元包含金屬基體和八個壓電陶瓷片；螺旋槳包含固定軸、轉筒、n個葉片、預緊螺栓、彈簧和n個作動桿；方向舵包含一個方向板、兩個夾板、四個固定螺栓和兩個拉簧。本發明采用的正反螺旋槳轉子組合同時旋轉從而平衡偏轉力矩。兩個方向舵通過拉簧與與壓電驅動單元產生預壓力。工作時，通過對八個壓電陶瓷片施加不同的信號，產生摩擦使自身前進、后退或轉向，實現矢量推進。本發明結構簡單，無密封裝置和復雜傳動結構，采用壓電驅動技術直接驅動，易于實現小型化、輕量化。

技術領域

本發明涉及壓電作動和水下螺旋槳矢量推進系統領域，尤其涉及一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統及其方法。

背景技術

海洋在我國國防建設和經濟發展中占有舉足輕重的地位。由于海洋資源勘探以及國防建設需要，水下推進系統得到了很大發展。螺旋槳矢量水下推進系統實用性強、可靠便捷，技術成熟操作便利，是水下推進系統的主要研究對象。然而，現有的螺旋槳矢量推進系統存在許多缺點，比如，復雜的傳動結構導致多種運動耦合使得傳動精度下降、深海高壓環境下機體以及電機密封困難。

壓電驅動是一種利用壓電材料逆壓電效應激發彈性體微幅振動，并通過摩擦作用將振動轉換成宏觀運動的直接驅動方式。采用壓電驅動技術將水下推進系統設計成無包裹結構，壓電驅動元件可以直接在海水環境下運行，結構上不會存在密封問題。采用壓電驅動的水下螺旋槳矢量推進系統可以直接驅動無需傳動機構，有利于輕量化、小型化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統及其方法。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種貼片式壓電驅動雙槳式水下矢量推進系統，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；