本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備，尤其涉及一種基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器及其控制方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)今水面及水下運(yùn)輸?shù)耐七M(jìn)方式主要為螺旋槳推進(jìn)器，螺旋槳推進(jìn)方式在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)空泡現(xiàn)象，產(chǎn)生了巨大的噪音，嚴(yán)重影響了水下運(yùn)行的隱蔽性。為此，人們發(fā)明了噴水推進(jìn)裝置，常見的噴水推進(jìn)裝置是通過推進(jìn)泵產(chǎn)生推力，利用泵噴出水流的反作用力推進(jìn)航行器前行。但是，在實(shí)際使用過程中，水泵運(yùn)行產(chǎn)生的噪音較大。如何設(shè)計(jì)一種噪音小且工作效率高的噴水推進(jìn)器是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器及其控制方法，實(shí)現(xiàn)減小基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器的噪音，并提高其工作效率。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是，一種基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器，包括：記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊、雙向噴水推進(jìn)模塊、水流單向分配模塊和控制器；所述記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊包括缸體、活塞和兩根形狀記憶合金彈簧，所述缸體形成有桿腔和無桿腔，所述活塞滑動(dòng)設(shè)置在所述缸體中，所述活塞的活塞桿插在所述有桿腔中，所述活塞的兩端面分別設(shè)置有所述形狀記憶合金彈簧，所述形狀記憶合金彈簧設(shè)置在所述活塞和所述缸體對(duì)應(yīng)的端部之間，所述有桿腔設(shè)置有第一進(jìn)出水口，所述無桿腔設(shè)置有第二進(jìn)出水口；所述雙向噴水推進(jìn)模塊包括兩個(gè)噴水管；所述水流單向分配模塊包括第一閥組和第二閥組，所述第一閥組包括單向閥一、單向閥二、二位三通閥一和二位三通閥二，所述二位三通閥一的通口P通過所述單向閥一與所述第一進(jìn)出水口連接，所述二位三通閥二的通口P通過所述單向閥二與所述第一進(jìn)出水口連接；所述第二閥組包括單向閥三、單向閥四、二位三通閥三和二位三通閥四，所述二位三通閥三的通口P通過所述單向閥三與所述第二進(jìn)出水口連接，所述二位三通閥四的通口P通過所述單向閥四與所述第二進(jìn)出水口連接；所述單向閥一和所述單向閥二的液體流向相反，所述單向閥三和所述單向閥四的液體流向相反；所述二位三通閥一的通口A、所述二位三通閥二的通口B、所述二位三通閥三的通口A、所述二位三通閥四的通口B分別與其中一所述噴水管連接，所述二位三通閥一的通口B、所述二位三通閥二的通口A、所述二位三通閥三的通口B、所述二位三通閥四的通口A分別與另一所述噴水管連接；所述形狀記憶合金彈簧、所述二位三通閥一、所述二位三通閥二、所述二位三通閥三和所述二位三通閥四分別與所述控制器連接。

進(jìn)一步的，所述缸體中還設(shè)置有用于檢測(cè)所述活塞行程的位移傳感器。

進(jìn)一步的，所述位移傳感器為磁致伸縮直線位移傳感器，所述磁致伸縮直線位移傳感器的磁環(huán)設(shè)置在所述活塞上。

進(jìn)一步的，所述有桿腔和所述無桿腔中分別設(shè)置有電連接端子，所述活塞上設(shè)置有公用端子，所述形狀記憶合金彈簧電氣連接在對(duì)應(yīng)的電連接端子和公用端子之間，所述電連接端子和所述公用端子分別與所述控制器連接。

進(jìn)一步的，所述形狀記憶合金彈簧、所述電連接端子和所述公用端子均設(shè)置有防水層。

本發(fā)明還提供一種基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器的控制方法，所述基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器采用上述基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器；具體控制方法為：控制器控制兩根形狀記憶合金彈簧交替通斷電，在形狀記憶合金彈簧的作用下驅(qū)動(dòng)活塞在缸體中往復(fù)移動(dòng)，并通過控制水流單向分配模塊中多個(gè)二位三通閥通斷配合，使得兩個(gè)噴水管交替噴水。

本發(fā)明還提供一種基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器及其控制方法，通過在活塞的兩端分別設(shè)置形狀記憶合金彈簧，控制器通過控制切換不同的形狀記憶合金彈簧通電，使得形狀記憶合金彈簧能夠進(jìn)行收縮運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)活塞在缸體中往復(fù)移動(dòng)，而配合水流單向分配模塊中多個(gè)二位三通閥切換流路，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性噴水，使活塞運(yùn)動(dòng)的每個(gè)行程都可對(duì)外做功，大大提高了工作效率，且記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊在運(yùn)行過程中無噪音產(chǎn)生，真正實(shí)現(xiàn)了無噪音驅(qū)動(dòng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器的原理圖一；

圖2為本發(fā)明基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器中記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器的原理圖二。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖2所示，本實(shí)施例基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器，包括：記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊1、雙向噴水推進(jìn)模塊2、水流單向分配模塊3和控制器（未圖示）；所述記憶合金驅(qū)動(dòng)模塊1包括缸體11、活塞12和兩根形狀記憶合金彈簧13，所述缸體11形成有桿腔111和無桿腔112，所述活塞12滑動(dòng)設(shè)置在所述缸體11中，所述活塞12的活塞桿插在所述有桿腔111中，所述活塞12的兩端面分別設(shè)置有所述形狀記憶合金彈簧13，所述形狀記憶合金彈簧13設(shè)置在所述活塞12和所述缸體11對(duì)應(yīng)的端部之間，所述有桿腔111設(shè)置有第一進(jìn)出水口113，所述無桿腔112設(shè)置有第二進(jìn)出水口114；所述雙向噴水推進(jìn)模塊2包括兩個(gè)背向設(shè)置噴水管21；所述水流單向分配模塊3包括第一閥組31和第二閥組32，所述第一閥組31包括單向閥一311、單向閥二312、二位三通閥一313和二位三通閥二314，所述二位三通閥一313的通口P通過所述單向閥一311與所述第一進(jìn)出水口113連接，所述二位三通閥二314的通口P通過所述單向閥二312與所述第一進(jìn)出水口113連接；所述第二閥組32包括單向閥三321、單向閥四322、二位三通閥三323和二位三通閥四324，所述二位三通閥三323的通口P通過所述單向閥三321與所述第二進(jìn)出水口114連接，所述二位三通閥四324的通口P通過所述單向閥四322與所述第二進(jìn)出水口114連接；所述單向閥一311和所述單向閥二312的液體流向相反，所述單向閥三321和所述單向閥四322的液體流向相反；所述二位三通閥一313的通口A、所述二位三通閥二314的通口B、所述二位三通閥三323的通口A、所述二位三通閥四324的通口B分別與其中一所述噴水管21連接，所述二位三通閥一313的通口B、所述二位三通閥二314的通口A、所述二位三通閥三323的通口B、所述二位三通閥四324的通口A分別與另一所述噴水管21連接；所述形狀記憶合金彈簧13、所述二位三通閥一313、所述二位三通閥二314、所述二位三通閥三323和所述二位三通閥四324分別與所述控制器連接。

具體而言，本實(shí)施例基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器中的控制器控制缸體11中的兩根形狀記憶合金彈簧13交替通電，在形狀記憶合金彈簧13形變作用下將驅(qū)動(dòng)活塞12在缸體1中往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)有桿腔111和無桿腔112交替吸排水，并在水流單向分配模塊3的流路控制下，實(shí)現(xiàn)噴水管21連續(xù)噴水提供推進(jìn)力。其中，缸體11中還設(shè)置有用于檢測(cè)所述活塞12行程的位移傳感器14，所述位移傳感器14為磁致伸縮直線位移傳感器，所述磁致伸縮直線位移傳感器的磁環(huán)141設(shè)置在所述活塞12上。另外，為了便于供電，有桿腔111和所述無桿腔112中分別設(shè)置有電連接端子15，所述活塞12上設(shè)置有公用端子16，所述形狀記憶合金彈簧13電氣連接在對(duì)應(yīng)的電連接端子15和公用端子16之間，所述電連接端子15和所述公用端子16分別與所述控制器連接，而為了提高使用可靠性，所述形狀記憶合金彈簧13、所述電連接端子15和所述公用端子16均設(shè)置有防水層，優(yōu)選的，為了保證形狀記憶合金彈簧13能夠有效的發(fā)生變形，形狀記憶合金彈簧13可以套有柔性絕緣管。缸體11上的磁致伸縮直線位移傳感器14用來檢測(cè)活塞12的位置，通過控制器計(jì)算，得到活塞的位置、活塞的移動(dòng)方向、活塞的移動(dòng)速度以及形狀記憶合金彈簧13的形變速率，進(jìn)而來控制形狀記憶合金彈簧13兩端的有效電壓及通電時(shí)長。由于記憶合金的電阻率、溫度等與其自身的組織形態(tài)之間存在相互關(guān)系，故也可使用記憶合金自身特性（電阻率及溫度變化）來實(shí)現(xiàn)控制。

本基于形狀記憶合金的雙向噴水推進(jìn)器的控制方法，具體控制方法為：控制器控制兩根形狀記憶合金彈簧交替通斷電，在形狀記憶合金彈簧的作用下驅(qū)動(dòng)活塞在缸體中往復(fù)移動(dòng)，并通過控制水流單向分配模塊中多個(gè)二位三通閥通斷配合，使得兩個(gè)噴水管交替噴水。

具體控制方法為存在如下幾種狀態(tài)：

（1）初始狀態(tài)

此時(shí)兩根形狀記憶合金彈簧13均不通電。無論四個(gè)兩位三通電磁換向閥的電磁鐵是否通電時(shí)，活塞12均位于缸體11的中間位置，雙向噴水推進(jìn)模塊2的噴水管21均無水流輸出。

（2）推進(jìn)器向左移動(dòng)

如圖1所示，當(dāng)四個(gè)兩位三通電磁換向閥的電磁鐵均不通電時(shí)，四個(gè)兩位三通電磁換向閥的常位（左位）工作?？刂破鞲鶕?jù)相關(guān)算法把驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，使有桿腔111中的形狀記憶合金彈簧13加熱，推動(dòng)活塞12向右移動(dòng)，此時(shí)有桿腔111的水壓下降，無桿腔112內(nèi)的水壓上升。由于有桿腔111的水壓下降，有桿腔111呈真空狀態(tài)，水流從圖中左側(cè)的噴水管21進(jìn)入，經(jīng)過二位三通閥一313和單向閥一311，進(jìn)入到缸體11的有桿腔111中，由于無桿腔112內(nèi)的水壓上升，無桿腔112中的水經(jīng)過單向閥四322和二位三通閥四324進(jìn)入到圖中右側(cè)的噴水管21中排出。當(dāng)缸體11上的磁致伸縮直線位移傳感器14檢測(cè)到活塞12到達(dá)極限位置后，控制器根據(jù)相關(guān)算法把驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，使無桿腔112中的形狀記憶合金彈簧13加熱，推動(dòng)活塞12向左移動(dòng)。此時(shí)無桿腔112內(nèi)的水壓下降，有桿腔111內(nèi)的水壓上升。由于無桿腔112的水壓下降，無桿腔112呈真空狀態(tài)，水流從圖中左側(cè)的噴水管21進(jìn)入經(jīng)過二位三通閥三323和單向閥三321，進(jìn)入到缸體11的無桿腔112中。由于有桿腔111內(nèi)的水壓上升，有桿腔111中的水經(jīng)過單向閥二312和二位三通閥二314進(jìn)入到圖中右側(cè)的噴水管21中排出?？梢?，當(dāng)四個(gè)兩位三通電磁換向閥的電磁鐵不通電時(shí)，無論活塞12向右還是向左運(yùn)動(dòng)，均是圖中右側(cè)的噴水管21排水，在吸排水的反作用力下，推動(dòng)推進(jìn)器向左運(yùn)動(dòng)。如此控制有桿腔111中的形狀記憶合金彈簧13和無桿腔112中的形狀記憶合金彈簧13交替通電，使活塞12左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)活塞12雙程做功。

（3）推進(jìn)器向右移動(dòng)

如圖3所示，當(dāng)四個(gè)兩位三通電磁換向閥的電磁鐵均通電時(shí)，四個(gè)兩位三通電磁換向閥的右位工作?？刂破鞲鶕?jù)相關(guān)算法把驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，使有桿腔111中的形狀記憶合金彈簧13加熱，推動(dòng)活塞向右移動(dòng)。此時(shí)，有桿腔111內(nèi)的水壓下降，無桿腔112內(nèi)的水壓上升。由于有桿腔111的水壓下降，有桿腔111呈真空狀態(tài)，水流從圖中右側(cè)的噴水管21經(jīng)過二位三通閥一313和單向閥一311，進(jìn)入到缸體11的有桿腔111中。由于無桿腔112內(nèi)的水壓上升，無桿腔112中的水經(jīng)過單向閥四322和二位三通閥四324進(jìn)入到圖中左側(cè)的噴水管21排出。當(dāng)缸體11上的磁致伸縮直線位移傳感器14檢測(cè)到活塞12到達(dá)極限位置后，控制器根據(jù)相關(guān)算法把驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸給驅(qū)動(dòng)電路，使無桿腔112中的形狀記憶合金彈簧13加熱，推動(dòng)活塞12向左移動(dòng)。此時(shí)無桿腔112內(nèi)的水壓下降，有桿腔111內(nèi)的水壓上升。由于無桿腔112的水壓下降，無桿腔112呈真空狀態(tài)，水流從圖中右側(cè)的噴水管21經(jīng)過二位三通閥三323和單向閥三321，進(jìn)入到缸體11的無桿腔112中。由于有桿腔111內(nèi)的水壓上升，有桿腔111中的水經(jīng)過單向閥二312和二位三通閥二314進(jìn)入到圖中左側(cè)的噴水管21排出?？梢姡?dāng)四個(gè)兩位三通電磁換向閥的電磁鐵均通電時(shí)，無論活塞向右還是向左運(yùn)動(dòng)，均是圖中左側(cè)的噴水管21排水，在吸排水的反作用力下，推動(dòng)推進(jìn)器向右運(yùn)動(dòng)。如此控制有桿腔111中的形狀記憶合金彈簧13和無桿腔112中的形狀記憶合金彈簧13交替通電，使活塞12左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)活塞12雙程做功。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。