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。     

一种能适用于身管振动主动控制的机电耦合退化壳元

根据压电材料的正、逆压电效应及其基本原理,提出了在火炮身管中缠绕压电薄膜(PVDF)对其振动响应进行主动控制的一种新方法,并通过构造一种新型的考虑横向剪切变形影响的机电耦合退化壳单元对身管振动进行了有限元建模,推导出了关键的作动控制方程与传感控制方程,为进一步研究打下了基础。     

引信压电电源机电转换装置振动特性分析

利用压电效应将振动能量转化为电能被广泛应用于能量转换系统中,通过压电传感器将火炮发射过程中的冲击能量转换为电能,并输送给储能电路,形成引信电源的压电传感器供电方案;将弹丸内的压电振动转换系统简化为单自由度振动系统,研究了振动系统的物理与数学模型,并由该模型进行了振动特性分析,研究了结构刚度、阻尼以及等效质量等振动参数的设计规律,可为引信压电电源的设计提供参考。     

伺服机构状态对火箭发动机环境试验的影响

在火箭发动机环境试验中，发动机伺服的状态对喷管以及其他部件的环境响应存在着影响。通过说明上述影响的具体表现形式，给出某发动机地面低频振动环境试验中，不同伺服状态下（锁止、非锁止）喷管响应，并对其成因给出分析。发动机伺服机构锁止状态下，系统整体一阶谐振频率、响应大小均高于非锁止状态。由此，发动机系统环境考核试验应在伺服系统锁止状态下进行，以得到充分考核。     

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。     

正弦扫描振动模拟瞬态振动环境等效性研究

使用正弦扫描振动模拟低频瞬态振动环境是航天工业的一种传统试验方法,其对产品的环境考核可能同时存在欠试验和过试验。首先对两者等效性进行分析,进而采用冲击响应谱、最大响应谱等相关理论,对等效正弦扫描振动试验条件制定中的扫描速率、阻尼系数进行了研究,并给出参数选择建议。最终提出了制定正弦扫描振动环境试验条件的步骤,为采用正弦扫描试验进行低频瞬态环境适应性考核提供借鉴。     

压电材料在柔性结构控制中的应用——国外压电学研究资料综述

介绍了国外在柔性结构分布传感和控制方面有关压电学的研究近况和趋势，具体内容包括压电学基本理论、压电传感器／压电驱动器、智能结构、灵敏度与优化设计、传感器和驱动器输出抵消问题、和有关的热门研究课题。     

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。     

磁环型准零刚度隔振系统动态特性

特种车辆由于其作战、行驶环境复杂多变，使乘员及车载大型精密设备常暴露于低频大幅振动环境中，直接影响作战功效，甚至危及生命安全、引发严重的设备故障。为有效隔离其低频振动，开发了一种磁环型准零刚度隔振系统，对其系统刚度特性和隔振特性进行了理论与实验研究。基于磁电理论和刚度耦合理论，建立正、负刚度理论模型，获得了系统等效刚度，对其刚度机理与参数特性进行分析；进一步建立准零刚度隔振系统的非线性动力学模型，采用谐波平衡法和牛顿-拉夫森迭代法对系统非线性动力学方程进行求解，分析与评估其隔振特性，并搭建实验台进行验证。研究结果表明：负刚度机构具有明显的负刚度效应，与正刚度系统配合，可产生较宽的准零刚度区间；与线性系统相比，该准零刚度隔振系统隔振频带向低频区拓宽71.9%,共振峰值降低65.7%,稳态区间下位移响应幅值下降75%,加速度响应幅值下降80%,具有更宽的隔振频带和更大的振动衰减率。     

内螺纹低频冷挤压振动加工装置设计

针对内螺纹冷挤压成形加工工艺设计出一套低频振动加工装置。通过该装置对挤压丝锥施加低频振动,从而改善挤压区的恶劣环境,进而达到降低挤压温度、挤压扭矩、促进冷却润滑液进入挤压区和减少挤压丝锥折断的目的。首先,给出该装置的总体方案,并对其中的振动源选取和振动杆、振动板、固定板和底座的设计给予详细说明;其次,基于Adams对该装置进行动力学仿真,通过获得的振动板振动位移曲线和振动杆的角位移曲线,表明该装置可以对挤压丝锥施加振动,使其产生微小的圆周方向振动,进而达到内螺纹的振动冷挤压加工。     

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。     

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。     

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板振动响应分析与验证

采用理论与实际相结合的方式,研究了热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的振动响应。建立了热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的理论模型,并考虑基础激励载荷的影响,利用双向梁函数法求解获得其振动响应。基于常温下测试获得的固有频率、阻尼比和模态振型来修正理论模型,以准确获得弹性模量、损耗因子等材料参数,并利用修正后的复合薄板理论模型来计算振动响应。搭建了热振环境下该类型复合薄板结构的振动测试系统,并以TC500碳纤维、树脂复合薄板为研究对象,进行了实际测试。测试结果表明,热振环境下悬臂复合薄板振动响应计算结果与测试结果的误差在1.4%~12.5%之间,进而验证了所提出的理论分析方法正确性。     

基于形状记忆合金驱动发电结构的有限元分析

设计一种形状记忆合金驱动发电结构,对该结构进行分析研究。通过对形状记忆合金在不同的温度点上的回复应力、回复应变的测试,利用本构关系求得不同温度下形状记忆合金的弹性模量,采用负热应变的方法,利用有限元软件ANSYS进行建模和分析,得到不同温度下压电悬臂梁结构的变形情况以及电压的变化情况,为压电材料能量转换装置提供了一种有效依据。     

锥壳动态环境适应性试验研究

针对薄壁圆锥壳结构设计需要,开展一种锥壳在预紧状态下的动态环境适应性研究.采用线性稳定理论求解锥壳的轴压屈曲临界载荷,介绍试验设备、装置、条件与流程,经过试验获得其加速度-振动条件下的环境适应性结果.研究结果表明:在规定的动态环境下,锥壳具备一定的支撑刚度,不会出现结构强度不足引起的质量块偏心问题,锥壳的安全系数不小于1.8,具有较好的动态环境适应性.该成果可用于确定锥壳的最终状态和锥壳装配的预紧力控制.     

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.     

旋转弹体尾翼片非线性动载荷响应特性分析

旋转弹体在非稳态带攻角飞行时，可晃动尾翼片可能在较低转速下因低频动载荷响应过大造成结构提前断裂。针对旋转弹体尾翼片的动载荷响应破坏问题，建立了一种存在间隙的尾翼片在离心力以及非定常气动力作用下的非线性动载荷响应分析模型。对该系统的动力学方程进行数值求解，并使用Matlab/Simulink软件平台进一步开发尾翼动响应分析工具。通过调整尾翼片可晃动量e和载荷振荡因子k，研究了旋转弹体尾翼片的非线性动载荷响应特性，并指出旋转弹体在非稳态带攻角飞行时，可晃动尾翼片因倍周期低转速振动放大而可能提前发生破坏。     

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。     

Smart结构—用压电材料抑制结构振动研究之一

指出Ｓｍａｒｔ材料及结构在航天技术发展中的重要作用，并从常用的Ｓｍａｒｔ材料－压电材料的本构方程出发，着重探讨了由压电驱劝器组成的ＲＣ电路和ＬＲＣ电路在抑制结构振动中的应用；最后通过实验验证了ＲＣ电路的振动抑制性能；为航天Ｓｍａｒｔ结构的深入研究做必要的准备。     

空空导弹引信触发开关地面振动响应对比分析

振动环境是空空导弹所经历的最严酷的环境之一,将直接影响空空导弹的结构完整性和工作性能。触发开关作为空空导弹直接碰撞目标时的敏感发火装置,其在各个振动环境下的响应直接关系到全弹性能及弹道安全性。为优化引信结构,降低早炸发生概率,本文对三种不同类型空空导弹引信触发开关地面振动响应进行了对比分析,同时结合有限元仿真计算,提出了较为有利的触发开关安装位置。