航天器主動潤滑壓電微噴系統(tǒng)的建立及其相關技術研究.pdf

1、液滴噴射打印技術（Inkjet printing，簡稱IJP）是彩色印刷方面的一項重要技術，在近半個世紀得到了蓬勃的發(fā)展。液滴噴射打印技術通?？煞譃檫B續(xù)噴射（Continuous inkjet，簡稱CIJ）與按需噴射（Drop-on-demand，簡稱DOD）兩種。按需噴射因具有更強的可控性能，已逐步取代連續(xù)噴射。按需噴射打印技術還具有結構簡單、定位精度高等優(yōu)勢，除噴墨打印以外，在無模具成形、微型電子機械系統(tǒng)制造、生物技術、材料合成等多

2、個領域也有廣泛的應用前景。
　　為了解決航天器機械運動部件長時間在軌運行所出現(xiàn)的潤滑失效問題，克服被動式補充潤滑的缺點，本文將液滴噴射打印技術與壓電驅動技術的原始思想相結合，提出一種面向機械運動部件的主動潤滑方法。通過研制壓電微噴裝置，實現(xiàn)航空潤滑油等高粘度液體按需噴射，以滿足主動潤滑所提出的按需、及時、微量的要求。根據(jù)壓電振子不同驅動方式的特點，分別提出了圓形彎曲式壓電微噴裝置和環(huán)形擠壓式壓電微噴裝置。
　　本文首先以圓形

3、彎曲式壓電微噴裝置為研究對象，建立起一套完整的由微噴裝置驅動電壓到潤滑油油滴噴射參數(shù)的關系模型求解方法。根據(jù)薄板振動理論和壓電理論，建立了圓形壓電振子的理論分析模型。利用理論分析與有限元模型相結合的方法，對圓形壓電振子進行模態(tài)分析和瞬態(tài)響應分析，并通過傅里葉級數(shù)方程擬合得到質點振動方程。在對潤滑油油滴形成和噴射過程中所涉及到的氣液兩相流問題進行理論分析的基礎上，采用多相流計算流體動力學分析方法，建立噴嘴氣液兩相流體模型。為了解決潤滑油油

4、滴噴射過程中在氣液兩相流體界間連續(xù)拓撲變化問題，將流體體積算法中的分段線性界面構造技術應用到兩相流體界面間運動中。基于兩相流體積算法，利用數(shù)值模擬方法對液滴形成和噴射過程進行分析。并重點研究外部因素和內部因素對液滴噴射參數(shù)的影響。外部因素包括脈沖激勵參數(shù)、噴嘴尺寸、空間溫度變化、超低壓高真空，內部因素則包括液體粘度、表面張力等條件。
　　接著以擠壓式按需噴射打印技術為研究對象，提出了一種易于制造且能實現(xiàn)液體霧化噴射的環(huán)形擠壓式壓電

5、微噴裝置結構，并通過建立合適的背壓系統(tǒng)以保證在液滴噴射過程中“新月面”的穩(wěn)定。利用數(shù)值模擬方法分析了壓電微噴裝置管內壓力波傳遞情況。通過建立噴嘴氣液兩相流模型，模擬分析了噴嘴流出液體射流的霧化過程，并對流出噴嘴的射流運動狀態(tài)進行了仿真研究，在此基礎上，引入雷諾數(shù)對霧化特征進行判斷。
　　綜合前文的研究內容，根據(jù)微噴裝置的特點和噴射均勻霧化液滴的需要，采用合理工藝制造了圓形彎曲式和環(huán)形擠壓式壓電微噴裝置的實驗樣機。針對所采用的數(shù)千赫

6、茲高頻梯形脈沖電壓波形特點，利用DDS原理設計了一套任意波形信號生成裝置，并對本文所研究的壓電微噴裝置的噴射性能進行實驗研究。實驗結果表明，液體粘度對液滴的形成和噴射具有重要影響作用，隨著液體粘度的增加，液體的噴射將變得困難。液體噴射具有一段穩(wěn)定的驅動頻率帶，隨著液滴粘度增加，穩(wěn)定頻率帶逐漸變窄，說明高粘度阻礙液滴穩(wěn)定的噴射。液面高度影響著液滴的噴射，隨著液面升高，壓力波傳遞路徑變長，壓力波衰減增強，液滴噴射所需臨界電壓幅值增大。通過實