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。     

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。     

低频钹式换能器的性能分析与设计

将金属与压电陶瓷物理复合的钹式换能器体积小、重量轻,适合于开发低频换能器.研究了低频换能器的设计问题,利用有限元方法分析了介质变化对钹式换能器导纳和频率特性的影响,并与Langevin压电换能器的性能进行了比较,给出了钹式换能器性能随压电陶瓷物理与结构以及金属帽结构参数的变化规律;给出了低频钹式换能器的产品设计实例.研究结果对于优化钹式换能器以及开发水下低频换能器技术有应用价值,也为后续的制作工艺与相关的水池实验研究提供了技术支持.     

引信用压电式射流发电机的原理与研究

文中对一种新型引信用压电式射流发电机的工作原理进行了分析研究。指出压电片的基频固有频率与谐振腔的固有频率相同时发生谐振现象,可以提高发电机的电能输出,并推导了压电片及谐振腔的固有频率公式,为该发电机的设计提供了理论依据。压电式射流发电机具有可连续供电、响应速度快、体积小、电磁兼容性好等优点,其作为引信用环境能源具有宽阔的使用前景和利用价值。     

钹式换能器制作工艺与实验研究

设计方法与制作工艺是开发低频钹式换能器的核心技术.首先在继承传统压电材料制作工艺的基础上,根据钹式换能器的设计规律,研制了含有低频换能器在内的多套金属帽冲压模具,比较了粘结剂、金属材料等的不同特点,给出了合成钹式阵元的一般性方法,掌握了制作钹式阵元的特殊工艺,由此可开发系列阵元;然后,针对其中的低频阵元,在消声水池实验中分别对阵元的共振频率、发射幅压响应、自由场接收灵敏度等进行了测试.实验结果表明,低频钹式阵元具有较好的接收效果,单个5 kHz钹式阵元在0～40 kHz工作时,其自由场接收灵敏度在-170 ～-150 dB之间,其发射幅压值135 dB,可通过成阵提高发射指标.研究结果为开发新型钹式声学装置提供了依据.     

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.     

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。     

钹式换能器的有限元设计与分析

为研究钹式换能器共振频率随结构参数变化的规律,分析换能器的性能,建立了钹式换能器的有限元对称模型,探讨了钹式换能器的结构参数与共振频率之间的关系,得出影响共振频率的关键因素。依据结构参数与共振频率的关系,设计了不同结构参数的钹式换能器,通过仿真计算,得到满足不同性能要求的钹式换能器,为开发小功率发射换能器和新型换能器提供了一种途径。     

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。     

旋转式气动发电机作为速度传感器探讨

作为引信电源，利用弹丸飞行产生的气动能来发电的旋转式气动发电机已广泛地应用于各种炮弹引信中，将其作为速度传感器的研究也引起引信同行的关注。通过对旋转式气动发电机的组成、工作机理、运动方程的分析，提出作为弹丸飞行速度的识别信号，发电机的频率信号优于其输出电压信号；并以此结论为基础，推导出了弹速与发电机频率之间的表达式。