引信钹式压电阵列发电装置的设计与分析

为弥补现有引信压电电源电能输出少、供电时间短的缺点,文中设计出一种新型引信用钹式压电阵列发电装置,并对其工作原理进行了分析。而后对钹式压电阵列的发电特性进行了研究,并采用总能量求偏导法推导出并联钹式压电阵列的输出电压公式,最后利用Matlab软件进行了数值分析。研究结果表明该新型结构设计能够高效收集诸如发射环境中的冲击能量,在很大程度上提高了压电发电装置的机电转换效率。     

基于钹式压电阵列的引信发电装置

针对现有引信压电电源发电时间短的问题,设计制作了以弹簧-质量块和压电换能器为主要部件的引信发电装置。该装置能将弹药发射瞬间的冲击能量收集并转换为持续的电能输出。测试结果表明,冲击加载、换能器结构、换能器层数、质量块等对其发电性能有不同的影响规律,且钹式叠堆结构发电性能优于薄片压电叠堆,所提出改进后的发电装置发电时间能达到2.499s,有效延长了引信压电发电装置的供电时间。     

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计制作及试验测试

针对现有引信冲击式压电发电机电能输出小、发电时间短等问题,设计制作了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信发电装置。将压电发电理论与振动理论相结合建立了其发电模型,并利用所构建的冲击试验装置模拟弹药发射环境,对其发电能力进行了测试。研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并利用质量弹簧组件及钹式换能器阵列将其转换为持续的电能输出。当冲击加载为209.05 g时,其电能输出时间达到2.499 s。     

多层压电电源储能特性试验研究

通过试验对多层压电电源的储能特性进行了研究。试验结果表明，储能电容C上的充电电压与多层压电电源的层数成正比，与C的电容值成反比，为该电源的设计提供了设计依据．该文还对该电源在小口径高炮引信中的应用进行了可行性分析．多层压电电源的激活时间短，能量小，可对短时工作的低功耗电路提供电能。适用于高炮实时装定的精确计时、定距引信。     

高能多层压电陶瓷电源设计

炮口感应装定的引信要求电源在膛内正常供电，多层压电电源具有抗高过载、激活时间短和输出能量高的特点．该文对多层压电电源的原理进行了研究，推导了该电源输出的能量和电压公式．以及能量转换效率公式．对多层压电电源的静态压力试验和动态冲击试验表明，该电源的激活时间小于200μs，能量达到31mJ，可以给引信电路短时间供电。     

一种新型的可蓄能压电电源原理研究

炮口可实时装定的精确计时、定距引信要求内置电源在弹丸出炮口前能可靠地对引信电路供电,即要求引信电源的激活时间短.本文对一种用于机电引信的新型可蓄能压电电源的工作原理进行了分析研究,建立了该电源在外力作用下蓄能过程的数学模型,分析了其主要参数对蓄能速度和蓄能能量的影响,并对其在高炮引信中的应用进行了研究.该压电电源具有激活时间短的特点,适用于对低功耗电路的短时供电,可作为某些精确计时、定距引信的专用电源.     

基于压电陶瓷的自供电关键技术分析

基于压电陶瓷的自供电原理为利用压电材料的压电效应,采用三层悬臂梁压电振子结构,将机械振动转化为电能,由此实现无线传感器的自供电。其关键技术包括压电材料制备、压电振子结构优化设计、高效的电能转换与储存电路设计等方面。     

并联压电陶瓷引信电源分析和设计

结合火炮发射时膛压的特点和压电材料的特性，采用并联压电陶瓷薄片的方法，提高压电材料在有限体积产生能量的利用效率，并以此设计加工出小口径弹用引信的压电电源样机。模拟火炮发射的特点对样机进行实验，利用MATLAB对采集的实验数据进行处理，将数据拟合曲线和理论计算曲线对比分析，引入加权系数吁对并联状态压电陶瓷材料理论能量公式进行修正。     

侵彻硬目标的导弹引信起爆控制方法研究

针对导弹弹体在侵彻硬目标时的受力机制不清楚、炸点深度无解析解的情况下,炸点深度控制为一大难题的现状,提出利用压电材料的压电效应把弹体侵彻硬目标过程中的动能转换为电能,并作为控制电路的电源和起爆引信的能量,从而实现炸点深度控制功能的方法。文中分析了控制电路中能量的确定原则,以及弹体侵彻硬目标时导弹起爆的影响因素,并对相应参数进行了分析和计算,确定了炸点深度控制电路的参数范围。通过理论计算和试验,验证了该方法的有效性和控制电路工作的一致性。     

引信振动压电发电机气流致声激励特性研究

为满足引信振动压电发电机的驱动性能要求,解决激励能量关键问题,设计了一个环形喷嘴—共振腔结构的喷注发生器声源。应用计算流体动力学方法,通过仿真模拟解释喷注激发声波致共振腔振动特性;用试验所测的响应电压与仿真获得的共振腔底部声压对比。研究结果表明：共振腔内的声压和轴向质点速度随时间的变化曲线近似于正弦波,相位差为90°,说明了在共振腔内形成了驻波声场;共振腔底部声压幅值和频率较稳定,且幅值较大;压电片的开路响应电压频率与仿真声压频率很接近,从而验证了喷注发生器声源产生纯音的特征。因此,这种根据气流致振原理设计的无活动零件的喷注发生器声源,有利于提高引信振动压电发电机的激励能量。     

气动柔性带压电发电机

针对现有电源体积大不能满足子弹药引信要求的问题,提出一种气动柔性带压电发电机。该发电机为带状,用导电胶将PVDF压电薄膜粘接在钛合金基底上,一端固定在子弹上,占用体积极小,在子弹下落时产生的迎面气流激励下振动发电。理论分析与实验表明:该发电机能够满足子弹机电引信电能需求,理论谐振频率与实验测得的谐振频率相近,不同基底发电机产生的开路电压有很大的差别。     

基于压电加速度计的电子时间引信计时起点确定方法

针对引信电池上电时间的散布所导致的电子时间引信计时起点误差问题,提出了基于压电加速度计的电子时间引信计时起点确定方法,设计了基于聚偏二氯乙烯(PVDF)压电薄膜的压电加速度计的储能计时电路。这种储能计时电路既可以测量弹丸发射过载的加速度值,也可以完成弹丸从发射至引信电池上电的计时,为电子时间引信计时起点的修正提供依据。压电加速度计感受弹丸的后坐过载并产生电荷,储能电容将电荷保存,待引信电源上电后处理器测量储能电容电压,并通过电压衰减公式计算发射时间。通过试验验证该计时方法的可行性。该方法的计时精度为0.97 ms,远小于引信化学电池上电时间的散布。     

压电冲击传感器方向敏感量化分析研究

针对压电引信中的压电冲击传感器输出受到冲击加速度方向的影响,提出一种评价压电冲击传感器方向敏感特性的方法。基于压电引信中压电传感器的工作原理和应用特点,构建多向压电冲击加速度传感器多角度冲击响应输出数学模型,并通过量化分析冲击传感器多角度冲击输出,掌握单向、多向压电传感器的多方向冲击响应规律,得到冲击传感器的最佳冲击方向。仿真结果表明：多向压电冲击传感器方向敏感特性优于单向传感器,方向敏感特性与传感器的各向灵敏度之比有关,该评价方法可为压电引信研制提供理论依据。     

小口径机电引信压电电源研究

在介绍压电原理的基础上，提出了运用多层压电电源解决小口径高炮机电引信中电源的问题。从工艺上、原理上论证压电晶体在小口径高炮用作电源的可行性，给出电源的初步设计样机，并进行了静、动态模拟试验，试验数据和波形初步满足引信需求。     

一次性高输出压电电源

压电电源被用来向快速运动的炮弹中的电子器件供电。炮弹中含有可编程的炮弹引信，引信中含有复合层状的整块压电石英材料(multiple layers of piezoid bulk material)。使用复合层状整块压电石英材料，而不是单层压电石英材料，会使压电石英的电容量增大，而且，在向引信中的电子器件传递压电能量的过程中，能量的损失也会降低。此外，当压电石英工作在非线性区域(nonlinear region)时，向它施加同样数级大小的后座力(set-back force)，能量输出甚至还会增大。如果压电陶瓷由大量的、非常薄的压电石英层结合而成，再使用超限应力(over-stressing)使压电石英进入到退极化区域(depolarization region)，那么在后座力作用下产生的能量输出，几乎比线性区域内能产生的能量输出高出三个数量级。     

微电源发展及其在引信中的应用展望

针对引信微小型化的发展,提出了微电源应用于引信需要解决的几个问题,主要综述了国内外微涡轮发电机、微太阳能电池、微压电电源、微锌镍电池、微燃料电池、微锂电池、微温差电池的基本原理和发展现状,分析了不同微电源作为引信电源应用的可能性,认为微涡轮发电机、微压电电源、微燃料电池作为引信微电源具有较好的应用前景。     

引信体外射频电源供电控制方法

针对引信体外射频电源的供电控制问题,提出了基于发射后坐过载传感器的引信体外射频电源供电控制方法。该方法采用后坐过载传感器,通过弹簧约束切刀并在后坐过载作用下切断导体的方式识别发射环境,并控制供电电路通断,实现引信体外射频电源在出炮口附近对发火控制与起爆电路供电;在引信装定时检测传感器导体的通断,提高引信体外射频电源供电安全性。原理样机验证试验结果表明,该方法能够控制引信体外射频电源仅在出炮口附近对发火控制与起爆电路供电,发射过载传感器与上电控制电路简单、易于小型化。     

惯性器件设计方法综述

本文对惯性引信及保险提出了新的定义,即感受弹丸或弹头弹道上的过载值或者说空前冲力、爬行力、后座力而作用的引信称之为惯性引信。同样,感受过载值或受前冲力、爬行力、后座力、而解除保险的装置称之为惯性保险。笔者对惯性引信及保险所涉及到的惯性器件如:惯性销,惯性开关,加速度传感器,冲击闭合器等设计方法进行了综合研究,以便为引信设计师在掌握引信设计技术方面提供一定的方便,笔者认为惯性保险及引信的硬件均属惯性器件范畴,其核心结构与加速度传感器结构类同。引信设计人员视具体频响要求不同,可设计成线加速度传感器或开关,振动加速度传感器或开关,冲击加速度传感器或开关,显然,惯性保险及引信所涉及到的惯性器件,完全可用加速度传感器理论加以研究。     

小口径引信膛内感应储能磁场穿透特性

为解决小口径电子引信设计空间小的难题,结合引信可编程感应装定技术,提出在弹丸发射前进行信息装定的过程中存储感应能量为引信供能。该方法节省了安装电源所需的空间,为小口径弹药的电子引信电源设计提供了一种新的思路。为此建立小口径膛内电磁感应数学模型,并分析非铁磁性金属炮管内电磁场穿透特性。分析得出,外激电源谐振频率只有小于5 kHz,才能保证穿透后的磁场强度为信源磁场强度的80%;随着信源磁场频率的增加,穿透后的磁场强度呈指数规律衰减。实验表明,利用上述理论设计的某小口径感应储能引信原理样机,性能满足引信的技术要求。该结论能够用来指导膛内小口径引信感应装定及感应储能的设计。     

一种新型声传感器在声定向技术中的理论

介绍声定向技术的参量阵原理．针对声定向传感器的设计要求,介绍PVDF压电薄膜的压电特性,给出其压电方程．与一些传统的压电材料在性能上进行对比并建立声定向传感器的圆膜模型,得出了其振动微分方程及谐振频率,理论上分析了其作为声定向传感器阵列的可实施性及优越性,为进一步设计传感器提供理论基础．