航天器主動(dòng)潤(rùn)滑壓電微噴系統(tǒng)的建立及其相關(guān)技術(shù)研究.pdf

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

2、個(gè)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。
　　為了解決航天器機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件長(zhǎng)時(shí)間在軌運(yùn)行所出現(xiàn)的潤(rùn)滑失效問題，克服被動(dòng)式補(bǔ)充潤(rùn)滑的缺點(diǎn)，本文將液滴噴射打印技術(shù)與壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的原始思想相結(jié)合，提出一種面向機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的主動(dòng)潤(rùn)滑方法。通過研制壓電微噴裝置，實(shí)現(xiàn)航空潤(rùn)滑油等高粘度液體按需噴射，以滿足主動(dòng)潤(rùn)滑所提出的按需、及時(shí)、微量的要求。根據(jù)壓電振子不同驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，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(duì)象，建立起一套完整的由微噴裝置驅(qū)動(dòng)電壓到潤(rùn)滑油油滴噴射參數(shù)的關(guān)系模型求解方法。根據(jù)薄板振動(dòng)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(jié)合的方法，對(duì)圓形壓電振子進(jìn)行模態(tài)分析和瞬態(tài)響應(yīng)分析，并通過傅里葉級(jí)數(shù)方程擬合得到質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方程。在對(duì)潤(rùn)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(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，采用多相流計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析方法，建立噴嘴氣液兩相流體模型。為了解決潤(rùn)滑油油

4、滴噴射過程中在氣液兩相流體界間連續(xù)拓?fù)渥兓瘑栴}，將流體體積算法中的分段線性界面構(gòu)造技術(shù)應(yīng)用到兩相流體界面間運(yùn)動(dòng)中?；趦上嗔黧w積算法，利用數(shù)值模擬方法對(duì)液滴形成和噴射過程進(jìn)行分析。并重點(diǎn)研究外部因素和內(nèi)部因素對(duì)液滴噴射參數(shù)的影響。外部因素包括脈沖激勵(lì)參數(shù)、噴嘴尺寸、空間溫度變化、超低壓高真空，內(nèi)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(shù)為研究對(duì)象，提出了一種易于制造且能實(shí)現(xiàn)液體霧化噴射的環(huán)形擠壓式壓電

5、微噴裝置結(jié)構(gòu)，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(nèi)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(duì)流出噴嘴的射流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了仿真研究，在此基礎(chǔ)上，引入雷諾數(shù)對(duì)霧化特征進(jìn)行判斷。
　　綜合前文的研究?jī)?nèi)容，根據(jù)微噴裝置的特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)樣機(jī)。針對(duì)所采用的數(shù)千赫

6、茲高頻梯形脈沖電壓波形特點(diǎn)，利用DDS原理設(shè)計(jì)了一套任意波形信號(hào)生成裝置，并對(duì)本文所研究的壓電微噴裝置的噴射性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，液體粘度對(duì)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(qū)動(dòng)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(zhǎng)，壓力波衰減增強(qiáng)，液滴噴射所需臨界電壓幅值增大。通過實(shí)