[发明专利]一种压电驱动的摆动鳍及其工作方式

说明书

本发明公开了一种压电驱动的摆动鳍及其工作方式，无人潜航器包括支架导轨、压电作动器、弹性薄板、第一连接杆、第二连接杆和摆动鳍。本发明利用弹性连接薄板、压电作动器与工作轨道相配合，在弹性薄板的弯压作用下与导轨成倾斜接触，能够带动摆动鳍在工作轨道上自动往复摆动和自动换向。本发明所提出的压电激励和摩擦驱动结构简单适应高水压、机动性强且成本低，能够向海水开放，无需严苛密封，解除深海高水压对驱动系统的制约，是无人潜航器执行大范围、大深度巡航，实现海域有效管控的关键技术基础。

技术领域

本发明涉及水下推进器和压电驱动领域，尤其涉及一种压电驱动的摆动鳍及其工作方式。

背景技术

建设海洋强国，必须进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋，加快海洋科技创新步伐。“认识海洋”是“经略海洋”的基础，无人潜航器在“拓展远海、探查深海”中具有不可替代的作用，对未来海洋竞争和对抗将产生深刻影响。

现有结构功能一体化柔性仿生功能材料功率密度小，难以支撑有效负载；现有推进系统的驱动方法对水压敏感，电机传动效率随下潜深度的增加大幅下降直至失效，使大深度探测难以实现；现有无人潜航器装备了各类传感器，观测、通讯、交互能力大幅提升，使大潜深、长航时推进变成了短板。

压电双晶片具有结构简单、质量轻、带宽高、输出位移比普通压电陶瓷偏大的优点，采用压电双晶片驱动的开放式胸鳍驱动结构机动性强、可控性高、隐身性能好，为我国深海微型无人潜航器的集群化奠定基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电驱动的摆动鳍及其工作方式。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电驱动的摆动鳍，包括支架导轨、压电作动器、弹性薄板、第一连接杆、第二连接杆、固定件和摆动鳍；

所述支架导轨包含依次相连的第一夹持段、第一连接段、第一工作段、第二工作段、第三工作段、第二连接段、第二夹持段；所述第一工作段、第二工作段、第三工作段均为圆弧段，其中，所述第一、第三工作段结构相同，对称设置在第二工作段两端；第一工作段的半径小于第二工作段的半径；所述第一连接段和第二连接段、第一夹持段和第二夹持段均关于第一工作段和第三工作段的对称面对称；所述第一、第二夹持段相互平行设置且通过螺栓固定，将所述弹性薄板的一端夹持固定在其中；所述第一工作段、第二工作段、第三工作段的开口方向均指向第一夹持段，形成了配合压电作动器工作的工作轨道；

所述压电作动器包含第一基体、第二基体、预紧弹簧、第一双晶片和第二双晶片；

所述第一基体为柱体，其上端面设有第一V形槽；所述第二基体包含连接部和驱动部，所述连接部为柱体，所述驱动部为面积从上至下逐渐变小的变幅杆，连接部的下端面和驱动部的上端面形状相同且同轴固连；

所述第一双晶片、第二双晶片结构相同，平行设置在第一基体、第二基体的驱动部之间，两端分别和第一基体、第二基体的驱动部固连，且第一双晶片和第二双晶片关于第一V形槽的对称面对称；第一双晶片上两个压电陶瓷片和第二双晶片上两个压电陶瓷片的极化方向均相同；

所述预紧弹簧设置在第一双晶片和第二双晶片之间，一端和第一基体固连，另一端和第二基体固连，成拉伸状态；

所述弹性薄板一端夹持在所述第一夹持段、第二夹持段之间，另一端抵在压电作动器第一基体上的第一V形槽内，呈压缩状态，使得压电作动器第二基体的下端作为作动头抵住所述工作轨道的内壁；

所述第一连接杆、第二连接杆分别设置在所述工作轨道两侧，均一端和所述第二基体连接部固连、另一端通过所述固定件和所述摆动鳍固连。

作为本发明一种压电驱动的摆动鳍进一步的优化方案，所述弹性薄板采用65Mn弹簧钢带制成。