学位： 工学硕士
学科： 机械设计及理论
论文题目：单晶压电陶瓷驱动超声波钻的设计及实验研究
- 研制出一种单晶压电陶瓷驱动的超声波钻样机，开展了钻进性能和高低温环境适应性实验研究。钻进性能实验结果表明，超声波钻能以低钻压力、低功耗高效破碎岩石实现钻进，针对不同可钻性等级的钻进介质均有良好的钻进效果。高低温环境适应性实验结果表明本文所设计的超声波钻可在超低温环境下高效率工作，其可靠的工作环境温度为–150 ~ 50℃。
- 提出一种分析压电换能器工作过程温升情况和频率漂移现象的方法，并以本文所设计的压电换能器为对象开展了研究。工作过程温升及频率漂移特性研究结果表明，压电换能器工作过程中压电陶瓷叠堆温度最高，呈指数形式增长，最终达到稳态；频率漂移特性与温升相反，呈指数形式下降，最终达到稳定。频率温度特性研究结果表明，压电换能器的初始工作频率随环境温度升高而减小，两者之间呈线性关系。通过实验验证了该方法的准确性，利用此方法可有效预测压电换能器在不同环境温度和工作状态下的工作频率。
- 建立了压电换能器的波动方程，确定了压电换能器的尺寸参数；利用模态分析和谐响应分析获取了压电换能器的模态振型和电学响应情况；实验获取了预紧力矩对于超声波钻压电换能器谐振频率和端面输出振幅的影响规律，确定了本文所设计的压电换能器的最优预紧力矩；完成了压电换能器的阻抗匹配，减小了无功损耗。
- 研制了超声波钻高低温驱动特性测试实验台，该实验台实现了高低温环境、钻压力控制和监测、超声波钻钻进深度和速率监测以及电学特性监测等功能，满足超声波钻实验研究要求。
授权专利：
- 全齐全, 杨正, 黄江川, 唐德威, 邓宗全, “基于回转冲击超声波钻进取芯机械臂断芯的小行星采样器,” 申请号: 201811276491.7.
- 唐德威, 杨正, 黄江川, 全齐全, 邓宗全, “基于交叉式超声波钻进取芯方式的小行星采样器,” 申请号: 201811276489.X.
- 全齐全, 杨正, 黄江川, 唐德威, 邓宗全, “回转电机与超声波钻同轴式小行星采样器,” 申请号: 201811277199.7.
- 全齐全, 杨正, 黄江川, 唐德威, 邓宗全, “单压电陶瓷叠堆作动回转冲击超声波钻进小行星采样器,” 申请号: 201811277169.6.
- 全齐全, 黄江川, 杨正, 唐德威, 邓宗全, “可转位回转冲击超声波钻进采样气吹送样式小行星采样器,” 申请号: 201811277236.4.
- 全齐全, 唐德威, 杨正, 黄江川, 邓宗全, “一种小行星表面可选点采样器,” 申请号: 201811276465.4.
- 唐德威, 全齐全, 杨正, 黄江川, 邓宗全, “一种超声波钻低温驱动特性测试实验台,” 申请号: 201811276478.1.
- 邓宗全, 孟林智, 全齐全, 唐德威, 杨正, “基于冲击式超声波钻进取芯、斜楔断芯的小行星采样器,” 申请号: 201811277238.3.
- 全齐全, 赵志军, 唐德威, 邓宗全, 杨正, 姜生元, 侯绪研, “一种基于多机械臂着陆/超声波钻进的小行星表面附着锚定机构,” 申请号: 201810183511.X.
所获奖项：
- 研究生一等奖学金（×2）