專利名稱：一種微型水下推進(jìn)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種微型水下推進(jìn)器，具體為采用微加工技術(shù)制作的一種利用高壓電極瞬間放電、加熱，而使液體迅速汽化，體積迅速膨脹，體積膨脹的汽、液混合體從噴射口噴出，噴射反作用力作為推動(dòng)力的水下推進(jìn)器。微型水下推進(jìn)器是微型水下機(jī)器人、機(jī)器魚(yú)等智能設(shè)備的重要組成部分，屬于微型水下推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于現(xiàn)代微加工技術(shù)的微型水下推進(jìn)器具有功耗低、成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)機(jī)械部件、無(wú)摩擦損耗等優(yōu)點(diǎn)，在微型水下機(jī)器人、微型機(jī)器魚(yú)、水下探測(cè)與傳感檢測(cè)等方面具有重要的應(yīng)用。而目前微型水下推進(jìn)器中大都采用螺旋槳和新型復(fù)合材料的變形驅(qū)動(dòng)，但是在微小型驅(qū)動(dòng)中，由于摩擦阻力占整體能耗的比重較高，因此螺旋槳或其它功能材料的變形驅(qū)動(dòng)效率較低。在此背景下，本發(fā)明提出一種周期性熱膨脹噴射式微型水下推進(jìn) 器，該微型水下推進(jìn)器利用高壓電極間的瞬間放電加熱，使液體汽化，汽體的爆破式噴射作為驅(qū)動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服微型水下推進(jìn)器機(jī)械部件如螺旋槳、記憶合金、變形復(fù)合材料等效率低、故障率高等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種采用高壓電極間的瞬間放電加熱，使液體汽化，并產(chǎn)生微型爆破式噴射力的微型水下推進(jìn)器。本發(fā)明微型水下推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖I-圖4所示，其特征在于它包括有前進(jìn)端蓋I、電源引出導(dǎo)線2、電源引出彈簧一 3、紐扣電池組4、電源引出彈簧二 5、推進(jìn)器外殼6、控制電路7、密封隔膜8、放電電極一 9、放電電極二 10、推進(jìn)端端蓋11和噴射孔12組成。所述的前進(jìn)端蓋I與推進(jìn)器外殼6安裝在一起，電源引出導(dǎo)線2 —端與電源引出彈簧一 3相連接，電源引出導(dǎo)線2的另一端與控制電路7相連，電源引出導(dǎo)線2的中間部分嵌入在前進(jìn)端蓋I和推進(jìn)器外殼6內(nèi)；所述的紐扣電池組4的一端與電源引出彈簧一 3相導(dǎo)通，紐扣電池組4的另一端與電源引出彈簧二 5連接，所述的控制電路7主要由升壓電路15和脈沖控制電路18組成，控制電路7安裝在推進(jìn)器外殼6內(nèi)，所述的密封隔膜8安裝在推進(jìn)器外殼6內(nèi)，密封隔膜8 一側(cè)與控制電路7相連,放電電極一 9和放電電極二 10都安裝在密封隔膜8上，并穿過(guò)密封隔膜8分別與控制電路7相連通，推進(jìn)端端蓋11連接接在推進(jìn)器外殼6上，所述的推進(jìn)端端蓋11上采用微加工技術(shù)加工出噴射孔12。所述的控制電路7中升壓電路正極13與電源引出導(dǎo)線2相連，升壓電路負(fù)極14與電源引出彈簧二 5相連，升壓電路15將電壓升高后分別通過(guò)升壓后正極16和升壓后負(fù)極17與脈沖控制電路18相連，脈沖控制電路18通過(guò)脈沖正極19和脈沖負(fù)極20分別與放電電極一 9和放電電極二 10相連。前進(jìn)端蓋I和推進(jìn)端端蓋11通過(guò)螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼(6)上。
所述的前進(jìn)端蓋I、推進(jìn)端端蓋11和噴射孔12采用不銹鋼或尼龍材料。所述的電源引出彈簧一 3、和電源引出彈簧二 5選用銅合金進(jìn)行高溫精密繞制。所述的推進(jìn)器外殼6和密封隔膜8采用不銹鋼或特氟隆材料。所述的放電電極一 9、放電電極二 10為采用鎢絲材料。所述的控制電路7采用多層電路板技術(shù)將升壓電路15、脈沖控制電路18集中制作在一起，并采用環(huán)氧樹(shù)脂灌裝成圓柱狀。本發(fā)明的微型水下推進(jìn)器的工作原理和過(guò)程如下步驟I.控制電路7將紐扣電池組4的電壓進(jìn)行3-10的倍提升，轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，并將正負(fù)極電壓分別傳導(dǎo)給放電電極一 9、放電電極二 10，使放電電極一 9、放電電極二 10間瞬間放電產(chǎn)生電火花，對(duì)兩電極其間的液體進(jìn)行加熱，致使電極間液體瞬間汽化，體積膨 脹，汽、液混合體從噴射孔12爆炸式噴出，同時(shí)對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，從而推動(dòng)整個(gè)微型水下推進(jìn)器前進(jìn)。步驟2.汽、液混合體噴射后，周圍液體對(duì)密封隔膜8和推進(jìn)端端蓋11間的腔體進(jìn)行冷卻，腔體內(nèi)汽、液混合體體積縮小，推進(jìn)器外的液體由噴射孔12慢速回流進(jìn)由密封隔膜8和推進(jìn)端端蓋11組成的腔體。由以上步驟I和步驟2交替進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)微型水下推進(jìn)器的前進(jìn)。本發(fā)明的微型水下推進(jìn)器的制作方法如下I.各元器件的制備a.微型水下推進(jìn)器的前進(jìn)端蓋I、推進(jìn)端端蓋11和噴射孔12采用激光雕刻進(jìn)行加工，或精密車削和精密銑的方法進(jìn)行加工。b.電源引出導(dǎo)線2、和紐扣電池組4在電子市場(chǎng)購(gòu)置。c.電源引出彈簧一 3、和電源引出彈簧二 5進(jìn)行高溫精密繞制。d.推進(jìn)器外殼6和密封隔膜8采用精密車削加工。e.放電電極一 9、放電電極二 10為采用電解法制備的放電尖端。f.控制電路7采用多層電路板技術(shù)將升壓電路15、脈沖控制電路18集中制作在一起，并采用環(huán)氧樹(shù)脂灌裝成圓柱狀。2.組裝a.將放電電極一 9、放電電極二 10安裝在密封隔膜8上，并使兩電極貫串密封隔膜8，兩電極在密封隔膜8的另一側(cè)留有兩電極的探出部分。b.將密封隔膜8安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼6的合適位置，采用膠粘接實(shí)現(xiàn)將密封隔膜8左右兩側(cè)密封。將推進(jìn)端端蓋11通過(guò)螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼6的右端。c.將控制電路7從左端安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼6內(nèi)，并使將控制電路7的輸出電壓分別與放電電極一 9和放電電極二 10相導(dǎo)通。將電源引出導(dǎo)線2的一端與控制電路7相連，并嵌入推進(jìn)器外殼6內(nèi)，依次裝入電源引出彈簧二 5、紐扣電池組4和電源引出彈簧一 3，將電源引出導(dǎo)線2的另一端與電源引出彈簧一 3相連。d.最后將前進(jìn)端蓋I采用螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼6的右端。本發(fā)明可以取得如下有益效果利用高壓電極間的瞬間放電加熱，使液體汽化，汽體的爆破式噴射作為驅(qū)動(dòng)力，整個(gè)推動(dòng)器沒(méi)有機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件，無(wú)摩擦損耗，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率聞和可罪性聞等優(yōu)點(diǎn)。


圖I :本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意2 :本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖的全剖正視3 :本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖的全剖側(cè)視4 :本發(fā)明控制電路組成框中1.前進(jìn)端蓋，2.電源引出導(dǎo)線，3.電源引出彈簧一，4.紐扣電池組，5.電源引出彈簧二，6.推進(jìn)器外殼，7.控制電路，8.密封隔膜，9.放電電極一，10.放電電極二，11.推進(jìn)端端蓋，12.噴射孔，13.升壓電路正極，14.升壓電路負(fù)極，15.升壓電路，16.升壓后正極，17.升壓后負(fù)極，18.脈沖控制電路，19.脈沖正極，20.脈沖負(fù)極。
具體實(shí)施例方式·結(jié)合附圖1-4采用微加工、粘接、焊接和電路制作技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工和組裝。3.各元器件的制備a.微型水下推進(jìn)器的前進(jìn)端蓋I、推進(jìn)端端蓋11和噴射孔12可采用不銹鋼或尼龍等材料采用激光雕刻進(jìn)行加工，但不限于這種加工方法，也可采用精密車削和精密銑的方法進(jìn)行加工，前進(jìn)端蓋I、推進(jìn)端端蓋11的直徑可設(shè)計(jì)為4-9毫米，噴射孔12的直徑設(shè)計(jì)為20-60微米。b.電源引出導(dǎo)線2、和紐扣電池組4可在電子市場(chǎng)購(gòu)置。c.電源引出彈簧一 3、和電源引出彈簧二 5可選用導(dǎo)電和彈性較好銅合金進(jìn)行高溫精密繞制。d.推進(jìn)器外殼6和密封隔膜8可采用不銹鋼或特氟隆等材料采用精密車削加工。e.放電電極一 9、放電電極二 10可采用較細(xì)的鎢絲采用電解法制備放電尖端。f.控制電路7可采用多層電路板技術(shù)將升壓電路、脈沖控制電路集中制作在一起，并采用環(huán)氧樹(shù)脂灌裝成圓柱狀。4.組裝a.將放電電極一 9、放電電極二 10安裝在密封隔膜8上，并使兩電極貫串密封隔膜8，如圖2所示，兩電極在密封隔膜8的另一側(cè)留有兩電極的探出部分。b.將密封隔膜8安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼6的合適位置，采用膠粘接實(shí)現(xiàn)將密封隔膜8左右兩側(cè)密封。將推進(jìn)端端蓋11通過(guò)螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼6的右端。c.將控制電路7從左端安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼6內(nèi)，并使將控制電路7的輸出電壓分別與放電電極一 9和放電電極二 10相導(dǎo)通。將電源引出導(dǎo)線2的一端與控制電路7相連，并嵌入推進(jìn)器外殼6內(nèi)，依次裝入電源引出彈簧二 5、紐扣電池組4和電源引出彈簧一 3，將電源引出導(dǎo)線2的另一端與電源引出彈簧一 3相連。d.最后將前進(jìn)端蓋I采用螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼6的左端。以上為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于此。
權(quán)利要求
1.一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于其包括前進(jìn)端蓋(I)、電源引出導(dǎo)線(2)、電源引出彈簧一(3)、紐扣電池組(4)、電源引出彈簧二(5)、推進(jìn)器外殼(6)、控制電路(7)、密封隔膜(8)、放電電極一(9)、放電電極二(10)、推進(jìn)端端蓋(11)和噴射孔(12)； 所述的前進(jìn)端蓋(I)連接在推進(jìn)器外殼(6 )的一端，電源引出導(dǎo)線(2 ) —端與電源引出彈簧一(3)相連接，電源引出導(dǎo)線(2)的另一端與控制電路(7)相連，電源引出導(dǎo)線(2)的中間部分嵌入在前進(jìn)端蓋(I)和推進(jìn)器外殼出)內(nèi)；所述的紐扣電池組(4)的一端與電源引出彈簧一(3)相導(dǎo)通，紐扣電池組(4)的另一端與電源引出彈簧二(5)連接，所述的控制電路(7 )主要由升壓電路(15 )和脈沖控制電路(18 )組成，控制電路(7 )安裝在推進(jìn)器外殼(6)內(nèi)，所述的密封隔膜(8)安裝在推進(jìn)器外殼(6)內(nèi)，密封隔膜(8)—側(cè)與控制電路(7)遠(yuǎn)離紐扣電池組(4) 一端相連，密封隔膜(8)將推進(jìn)器外殼(6)的內(nèi)腔分隔為兩部分，放電電極一(9)和放電電極二(10)都安裝在密封隔膜(8)的另一側(cè)上，并穿過(guò)密封隔膜(8)分別與控制電路(7)相連通，推進(jìn)端端蓋(11)連接接在推進(jìn)器外殼(6)靠近放電電極一(9)和放電電極二(10)的一端，所述的推進(jìn)端端蓋(11)上采用微加工技術(shù)加工出噴射孔(12)； 所述的控制電路(7)中升壓電路正極(13)與電源引出導(dǎo)線(2)相連，升壓電路負(fù)極(14)與電源引出彈簧二(5)相連，升壓電路(15)將電壓升高后分別通過(guò)升壓后正極(16)和升壓后負(fù)極(17)與脈沖控制電路(18)相連，脈沖控制電路(18)通過(guò)脈沖正極(19)和脈沖負(fù)極(20)分別與放電電極一(9)和放電電極二(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于前進(jìn)端蓋(I)和推進(jìn)端端蓋(11)通過(guò)螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼(6)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述的電源引出彈簧一(3 )、和電源引出彈簧二( 5 )選用銅合金進(jìn)行高溫精密繞制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述的推進(jìn)器外殼(6)和密封隔膜(8)采用不銹鋼或特氟隆材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述的放電電極一(9)、放電電極二(10)為采用鎢絲材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述的控制電路(7)采用多層電路板技術(shù)將升壓電路(15)、脈沖控制電路(18)集中制作在一起，并采用環(huán)氧樹(shù)脂灌裝成圓柱狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述的推進(jìn)器外殼(6)的形狀為圓筒形，推進(jìn)器外殼(6)前進(jìn)端蓋(I)、推進(jìn)端端蓋(11)的直徑為4-9毫米，所述的前進(jìn)端蓋(I)、推進(jìn)端端蓋(11)和噴射孔(12 )采用不銹鋼或尼龍材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于所述噴射孔(12)的直徑為20-60微米。
9.權(quán)利要求I至權(quán)利要求8任一權(quán)利要求所述的一種微型水下推進(jìn)器，其特征在于其工作過(guò)程如下 步驟I.控制電路(7)將紐扣電池組(4)的電壓進(jìn)行3-10的倍提升，轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，并將正負(fù)極電壓分別傳導(dǎo)給放電電極一(9)、放電電極二( 10),使放電電極一(9)、放電電極二(10)間瞬間放電產(chǎn)生電火花，對(duì)兩電極其間的液體進(jìn)行加熱，致使電極間液體瞬間汽化，體積膨脹，汽、液混合體從噴射孔(12)爆炸式噴出，同時(shí)對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，從而推動(dòng)整個(gè)微型水下推進(jìn)器前進(jìn)； 步驟2.汽、液混合體噴射后，周圍液體對(duì)密封隔膜(8)和推進(jìn)端端蓋(11)間的腔體進(jìn)行冷卻，腔體內(nèi)汽、液混合體體積縮小，推進(jìn)器外的液體由噴射孔(12)慢速回流進(jìn)由密封隔膜(8 )和推進(jìn)端端蓋(11)組成的腔體； 由以上步驟I和步驟2交替進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)微型水下推進(jìn)器的前進(jìn)。
10.權(quán)利要求I至權(quán)利要求8任一權(quán)利要求所述的一種微型水下推進(jìn)器的制作方法，其特征在于其包括如下制作步驟 51:各兀器件的制備 a.微型水下推進(jìn)器的前進(jìn)端蓋(I)、推進(jìn)端端蓋(11)和噴射孔(12)采用激光雕刻進(jìn)行加工，或精密車削和精密銑的方法進(jìn)行加工； b.電源引出導(dǎo)線(2)、和紐扣電池組(4)在電子市場(chǎng)購(gòu)置； c.電源引出彈簧一(3)、和電源引出彈簧二( 5 )進(jìn)行高溫精密繞制； d.推進(jìn)器外殼(6)和密封隔膜(8)采用精密車削加工； e.放電電極一(9)、放電電極二(10)為采用電解法制備的放電尖端； f.控制電路(7)采用多層電路板技術(shù)將升壓電路(15)、脈沖控制電路(18)集中制作在一起，并采用環(huán)氧樹(shù)脂灌裝成圓柱狀； 52:組裝 a.將放電電極一(9)、放電電極二(10)安裝在密封隔膜(8)上，并使兩電極貫串密封隔膜(8)，兩電極在密封隔膜(8)的另一側(cè)留有兩電極的探出部分； b.將密封隔膜(8)安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼(6)的合適位置，采用膠粘接實(shí)現(xiàn)將密封隔膜(8)左右兩側(cè)密封；將推進(jìn)端端蓋(11)通過(guò)螺紋或膠粘接在推進(jìn)器外殼出)的右端； c.將控制電路(7)從左端安裝進(jìn)推進(jìn)器外殼(6)內(nèi)，并使將控制電路(7)的輸出電壓分別與放電電極一(9 )和放電電極二( 10 )相導(dǎo)通；將電源引出導(dǎo)線(2 )的一端與控制電路(7)相連，并嵌入推進(jìn)器外殼(6)內(nèi)，依次裝入電源引出彈簧二(5)、紐扣電池組(4)和電源引出彈簧一(3)，將電源引出導(dǎo)線(2)的另一端與電源引出彈簧一(3)相連。
全文摘要
一種微型水下推進(jìn)器及其制備方法，屬于微型水下推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，其包括有前進(jìn)端蓋(1)、電源引出導(dǎo)線(2)、電源引出彈簧一(3)、紐扣電池組(4)、電源引出彈簧二(5)、推進(jìn)器外殼(6)、控制電路(7)、密封隔膜(8)、放電電極一(9)、放電電極二(10)、推進(jìn)端端蓋(11)和噴射孔(12)。放電電極一(9)、放電電極二(10)間瞬間放電產(chǎn)生電火花，對(duì)兩電極其間的液體進(jìn)行加熱，致使電極間液體瞬間汽化，體積膨脹，汽、液混合體從噴射孔(12)爆炸式噴出，同時(shí)對(duì)推進(jìn)器產(chǎn)生反作用力，從而推動(dòng)整個(gè)微型水下推進(jìn)器前進(jìn)。本發(fā)明整個(gè)推動(dòng)器沒(méi)有機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件，無(wú)摩擦損耗，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B63H11/00GK102923289SQ20121025641
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者劉本東, 吳育德, 李德勝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)