Пьезоэлектрический подводный движитель
Владельцы патента RU 2629736:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области приводов и может быть использовано для приведения в движение небольших подводных объектов. Пьезоэлектрический подводный движитель содержит пьезоэлектрические элементы с обратным пьезоэффектом плоской формы в виде мембран, который обеспечивает изгиб мембран в две стороны при подаче на них разнополярного электрического импульса. Мембраны укреплены в корпусе оппозитно попарно, образуя рабочую полость, в которую с помощью патрубка, направленного в промежуток между мембранами, установлен рабочий струйный диод, входным каналом направленный внутрь этой полости, а выходным каналом наружу во внешнюю водную среду. В этой же полости перпендикулярно входу патрубка рабочего струйного диода оппозитно попарно установлены дополнительные струйные диоды входными каналами наружу полости, а выходными каналами внутрь полости. С внешней стороны мембран расположены вспомогательные полости. Патрубок установлен с возможностью изменения положения и соединяет рабочий струйный диод с корпусом. Достигается уменьшение массогабаритных показателей движителя и удобство управления им, а также удобство изменения тягового усилия и направления приводного импульса. 3 ил.
Изобретение относится к области привода и может быть использовано для приведения в движение небольших подводных объектов.
Для приведения в движения подводных объектов известны судовые движители с реактивным принципом движения, например патенты RU 2205773, RU 2110437, RU 2086465, RU 2064878, RU 2051071, общим недостатком которых являются большие массогабаритные показатели, где активным элементом являются судовые двигательные установки, используются поршни клапаны, приводимые в движение штоками.
Наиболее близким по решению является патент RU 2051071 С1, 27.12.1995, который может быть принят за прототип. Прототип содержит корпус с патрубками и привод. Недостатками прототипа являются необходимость наличия судового привода, приводящего в движение рабочие поршни, наличие заслонок, которые выполняют роль клапанов, подверженных засорению.
Техническим результатом предложения является за счет использования обратного пьезоэффекта в предлагаемом движителе уменьшение его массогабаритных показателей, удобство управления движителем за счет уменьшения времени исполнения управляющих команд по сравнению с известными движителями, удобство изменения тягового усилия и направления приводного импульса.
Технический результат достигается тем, что предлагается пьезоэлектрический движитель, характеризующийся тем, что содержит пьезоэлектрические элементы с обратным пьезоэффектом плоской формы в виде мембран, обеспечивающим изгиб мембран в две стороны при подаче на них разнополярного электрического импульса, изолированные гибким покрытием от внешней среды, с герметичным подводом к мембранам питающих электрических проводников, причем мембраны укреплены в корпусе оппозитно попарно, образуя рабочую полость, в которую с помощью патрубка, направленного в промежуток между мембранами, установлен рабочий струйный диод, входным каналом направленный внутрь этой полости, а выходным каналом наружу во внешнюю водную среду, при этом в этой же полости перпендикулярно входу патрубка рабочего струйного диода оппозитно попарно установлены дополнительные струйные диоды входными каналами наружу полости, а выходными каналами внутрь полости, причем с внешней стороны мембран расположены вспомогательные полости, изолированные от рабочей полости, соединенные отверстиями с внешней водной средой для свободного течения водной среды из вспомогательных полостей при движении мембран, причем патрубок, соединяющий рабочий струйный диод с корпусом, установлен с возможностью изменения положения.
На фиг. 1 представлена общая схема пьезоэлектрического движителя.
На фиг. 2 показан цикл всасывания водной среды.
На фиг. 3 показан цикл выталкивания водной среды.
На фиг. 1 представлена общая схема, где пьезоэлектрические элементы в виде мембран 1, электрические герметичные проводники 2 для подвода разнополярного электрического импульса к мембранам 1, общий корпус 3, рабочая полость 4, рабочий струйный диод 5, например, в виде конической мембраны, направленный выходным каналом наружу, соединительный патрубок 6, дополнительные струйные диоды 7, направленные выходным каналом внутрь полости, вспомогательные полости 8, соединительные отверстия 9. Гибкое изолирующее покрытие мембран на чертеже не показано.
На фиг. 2 показано, что в подготовительном цикле (цикле всасывания) при подаче на мембраны 1 электрического импульса определенной полярности через электрические проводники 2 мембраны выгибаются и втягивают основную порцию текучей среды в рабочую полость движителя через дополнительные струйные диоды 7 и за счет диодного эффекта небольшую порцию через рабочий струйный диод 5, при этом корпус 3 с движителем получает небольшой импульс силы 10 в направлении выхода струи из рабочего струйного диода 5. Одновременно мембраны 1 выталкивают обратной стороной порцию водной среды через отверстия 9, которые обеспечивают свободное протекание.
На фиг. 3 показано, что в рабочем цикле (цикле выталкивания) при подаче на мембраны 1 электрического импульса другой полярности через электрические проводники 2 мембраны выгибаются в обратную сторону и выталкивают ранее втянутую основную порцию водной среды через рабочий струйный диод 5 и небольшую порцию через дополнительные струйные диоды 7 во внешнюю среду, при этом корпус движителя получает основной импульс силы 10 в направлении, обратном выходу струи из рабочего струйного диода. Одновременно мембраны 1 обратной стороной втягивают водную среду через отверстия 9.
Разница в импульсах силы между механическими реакциями от движения струй в струйных диодах зависит от их коэффициентов диодности, который для диафрагменного струйного диода равен приблизительно 3, а для других струйных диодов может составлять более 40. Наличие струйных диодов предполагает отсутствие подвижных частей по сравнению с клапанами, подверженными засорению.
Поскольку мембраны и вспомогательные струйные диоды расположены оппозитно попарно, то механические реакции движения мембран и течения через вспомогательные струйные диоды аннигилируются и не оказывают механического воздействия на движитель.
При изменении положения соединительного патрубка 6 возникает изменение направления приводного импульса силы, т.е. возникает эффект изменения вектора тяги.
Скорость приводного импульса можно менять и напряжением подаваемого электрического импульса, и его частотой.
Пьезоэлектрический подводный движитель, характеризующийся тем, что содержит пьезоэлектрические элементы с обратным пьезоэффектом плоской формы в виде мембран, обеспечивающим изгиб мембран в две стороны при подаче на них разнополярного электрического импульса, изолированные гибким покрытием от внешней среды, с герметичным подводом к мембранам питающих электрических проводников, причем мембраны укреплены в корпусе оппозитно попарно, образуя рабочую полость, в которую с помощью патрубка, направленного в промежуток между мембранами, установлен рабочий струйный диод, входным каналом направленный внутрь этой полости, а выходным каналом наружу во внешнюю водную среду, при этом в этой же полости перпендикулярно входу патрубка рабочего струйного диода оппозитно попарно установлены дополнительные струйные диоды входными каналами наружу полости, а выходными каналами внутрь полости, причем с внешней стороны мембран расположены вспомогательные полости, изолированные от рабочей полости, соединенные каналами с внешней водной средой для свободного течения водной среды из вспомогательных полостей при движении мембран, причем патрубок, соединяющий рабочий струйный диод с корпусом, установлен с возможностью изменения положения.
