引信气流激振压电发电机结构参数影响分析

满足引信用小型振动压电发电机气流致振发电要求,解决稳定激振力的问题,控制结构敏感参数是一种有效方法。通过模拟吹风实验,分析气流致声激振机构的相关结构参数对激振力的影响规律。结果表明,不同共振腔长度对应的激振力幅值与入流速度近似呈现线性增大趋势,且长度越大其斜率越小,反之亦然,喷口到共振腔的间距和喷口环隙对激振力幅值的影响较复杂,过大或过小都会使得激振力幅值较小甚至没有波形产生;共振腔长度是影响激振力频率的主要因数,频率随长度的增大而变小,呈现反比关系,喷口到共振腔的间距和喷口环隙对频率的影响较小。因此,对于高速气流,短共振腔可以获得较大幅值的高频稳定激振力,以及需合理控制喷口到共振腔的间距和喷口环隙使得激振力幅值较大。     

气流激振压电发电机振动频率实验分析与估算

针对现有经验公式不适合于小型气流激振压电发电机的振动频率估算的问题,提出了气流激振压电发电机振动频率实验分析与估算方法。该方法修正了现有频率表达式,适用于短共振腔的振动频率估算。结果表明,共振腔长度是主要影响因素,频率随长度的增大而变小,且呈现反比关系;喷口到共振腔的间距是次要影响因素,频率随间距的增大而稍微变小;修正后的频率经验公式理论值与实验值之间的误差较小,可作为估算振动频率的有效方法。所得结论可作为设计振动频率的参考依据,从而确定结构关键参数。     

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。     

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。     

低频振动环境下压电能量转换装置响应特性

为明确低频振动环境下微功耗电子器件结构与性能关系，通过有限元方法在机电耦合条件下，系统地研究了传感质量块、质心分布、压电材料厚度和压电材料分布对压电能量转换装置的机械振动响应、负载响应和外加激励响应的影响。计算结果表明：在保证压电材料承重强度下，选择合适形状的传感质量块，可在低频谐振频率下获得更高的峰值电压和更好的传感灵敏度；同时，适当地调整压电材料的分布，可提高振动系统对外界能量的收集效率，增强装置的环境适应性。     

基于非对称模型的欠驱动无人海洋运载器轨迹跟踪控制

研究一类欠驱动无人海洋运载器（UMV）的轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于非对称模型的积分反步控制方法。建立了非完全对称（左右对称、前后不对称）的欠驱动UMV水平面运动模型,考虑了系统阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项的问题;通过设计虚拟状态和控制输入反馈变换,解决了UMV轨迹跟踪控制过程中存在的角速度持续激励问题,得到了直线轨迹和曲线轨迹通用的跟踪控制器;在轨迹跟踪控制器当中引入跟踪误差的积分项,提高了UMV系统的全局稳定收敛速度,基于Barbalat引理和Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。借助实验室半物理仿真平台进行仿真实验,与传统基于对称模型的控制算法对比,体现出了基于非对称模型的欠驱动UMV轨迹跟踪控制方法的优越性。     

钽-氧化锆光纤黑体腔温度传感器特性参数测试

为了实现恶劣环境、狭小空间瞬态高温的测量,采用溅射、等离子体喷涂技术研制了蓝宝石光纤钽（熔点为2 997 ℃）-氧化锆（熔点为2 715 ℃）薄膜黑体腔瞬态高温传感器。设计了3支水电解的氢氧焰枪组成的恒温高温静态灵敏度标定装置和大功率高频可调制CO₂激光脉冲作为阶跃激励源的动态特性标定装置。测试结果表明：当静态灵敏度标定装置恒温区为1 721 ℃、传感器抗冲击能力达到50 MPa以上时,传感器测得的温度为2 802 ℃;当CO₂激光脉冲作为1 500 ℃高温阶跃输入信号时,测得该传感器时间常数为微秒数量级。     

大比功率压电发电机无功功率补偿方法

针对传统引信压电发电机的二极管电容整流滤波电路存在导通角小的不足,提出利用填谷电路进行无功功率补偿的改进方法。结合压电发电机的输出功率小以及引信电路功率瞬时变化大的特点,为了更加有效地利用发电机的能量,建立了改进的储能滤波电路模型,并在电路仿真软件Multisim中对改进电路进行仿真计算。仿真分析结果表明：改进后的电路可提高发电机有功功率的利用率,且可改善供电连续性,增大电路的功率因数。     

压电驱动器发热测量和幅值误差补偿研究

本文用一种新的方法量化了压电驱动器的发热问题,并分析了发热对压电驱动器运动幅值的影响,实验研究了产生发热问题的原因:驱动频率、驱动电压幅值、压电驱动器的体积表面积比、负载,实验表明电流的峰峰值是压电驱动器温度有效的测量指标,通过电流测量实现压电驱动器的过热保护,补偿由于发热引起的驱动器振动幅值变化,补偿后的定位精度可以提高近三分之二。     

涡环旋转伞充气过程及气动特性分析

为了探索灵巧子弹药的减速导旋伞——涡环旋转伞的充气性能和气动特性,利用任意拉格拉日-欧拉流-固耦合方法,模拟一种典型涡环旋转伞在无限质量和低速气流条件下的充气过程,得到伞衣动态变化过程、转速和投影直径时程变化曲线及充满后稳态下的流场变化特性。将充满伞衣幅的有限元模型转化为气动特性仿真模型,利用计算流体力学方法得到涡环旋转伞在低速气流作用下的气动力参数及流场流线、压力分布等特性。将两种方法得到的结果进行对比分析,结果表明：涡环旋转伞在来流12 m/s时能顺利充气展开并实现旋转,伞衣幅充满外形饱满,稳定转速约为3.3 r/s;阻力系数为1.36,大于一般结构轴对称降落伞;导旋力矩系数为0.87;流场分布具有中心对称性。     

引信用MEMS气流谐振压电发电机

针对目前引信用气流谐振发电机结构复杂、体积大等缺点,结合压电式射流发电机原理和MEMS技术工艺,提出了一种MEMS气流谐振压电式发电机.通过流场和流固耦合分析及压电仿真等对发电机的性能进行的验证表明:MEMS压电式射流发电机可满足低功耗引信使用,且具有结构简单、体积小、能量密度高等特点.     

富燃燃气发生器在流量扰动下的压力响应特性

以某型富燃燃气发生器为研究对象,通过主动诱导方式在燃气发生器内部激发高频声波,分析燃气发生器中不同监测点位置在不同诱导频率下的压力响应特性。结果表明:流量扰动的加入并没改变燃气发生器在设计工作状态下的压力主频分布,但主频幅值会因扰动的加入而增大;燃气发生器中的扰流环将预混室与燃烧室隔离开,阻碍了纵向压力波向燃烧室的传播,且对高频压力波的阻尼作用更大;预混室与燃烧室有不同的声学特性,应独立分析预混室与燃烧室的压力响应特性。     

掩埋水雷在不同海底和掩埋深度的声衰减建模

采用Biot-Stoll海底模型分别预测了声波在粗沙、沙质泥和粘土质泥3种典型海底的声衰减系数与声透射系数,通过研究多种海底的声传播特性,建立了掩埋条件下水雷在不同海底和不同掩埋深度的声衰减模型,分析了掩埋对水雷声引信性能的影响。研究结果表明：不同的海底底质、不同的掩埋深度和不同的引信工作频段都会在不同程度下影响水雷声引信的工作性能,在相同的掩埋深度下,10 Hz~5 kHz引信频带内,粗沙海底对声引信的影响最大,粘土质泥对声引信的影响最小,随着海底底质平均颗粒直径的减小和孔隙度的增加,掩埋对声引信的影响有逐渐减小的趋势。     

矩形板在临界频率处的声辐射特性分析

首先建立无限大薄板的声辐射模型,分析其在不同振动频率下的声辐射效率,进而分析有限大矩形板的声辐射效率随激振频率的变化规律,并从相元的角度探究矩形平板在临界频率附近的声辐射效率趋近于1的原因。结果表明,若将板表面划分成活塞小单元,随着频率的增大,对声辐射贡献的活塞单元越多,所以高频时结构的声辐射效率趋近于1。     

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。     

脉冲等离子射流在空气中扩展特性的测量与分析

为了分析脉冲等离子射流在空气中的扩展特性,采用压电式压力传感器及数字高速录像系统,研究了等离子发生器产生的脉冲等离子射流的扩展过程。用Photoshop等软件处理获得了不同放电电压及喷射破膜压力下,脉冲等离子射流在大气中扩展的体积、轴向位移、径向位移随时间的变化关系。结果表明,脉冲等离子射流扩展时,其形状由初始的类椭球形状逐渐伸展成一个类圆锥头部加细长的类柱形尾部。射流轴向扩展位移始终大于径向位移。扩展的体积随时间呈单峰分布。增大放电电压和喷射破膜压力均可提高射流的扩展能力,且放电电压越大,等离子射流扩展时的湍流掺混越剧烈。     

火箭发动机气压驱动的直线发电机

直线发电机在低过载弹药引信上应用时,存在无法同时满足对引信电路供电和保证引信勤务处理过程中安全性要求的问题。为此,提出了一种利用火箭发动机气压驱动的直线发电机。该发电机安装在战斗部底部,利用火箭发动机的气压作为发电机的驱动力,剪断锁住磁芯部件的剪切片或剪切销,使磁芯部件于电枢绕组间发生相对运动而发电。试验表明:利用火箭发动机气压驱动的直线发电机在低过载火箭弹引信上应用时,既可以满足对引信电路的供电需求,又可以满足引信勤务处理过程中的安全性要求。     

计算辐射噪声的面声源和点声源结合方法

针对虚拟点声源法在对应结构内部特征频率处声场解的非唯一性和对于点声源的分布位置敏感性较高的问题,提出一种综合利用面声源和点声源建模声场保证全波数域内解唯一性和较高计算精度的方法。根据波叠加原理,在结构内部同时布置虚拟面声源和点声源离散声场,面声源位于结构内部一个与结构边界共形的表面上,用其匹配结构表面的声压与振速,点声源则位于虚拟边界面内部;进一步利用线性化Euler方程构建声辐射阻抗矩阵,获取结构表面声压、振速等声学参数。以具有解析解的脉动球源和横向振动球源为数值算例,在比较虚拟面声源和虚拟点声源计算精度的基础上,与解析解的求解结果进行对比,说明该方法的精确性和唯一性。     

气-液两相多循环爆轰声场特性

多循环爆轰与单次爆轰所对应形成的爆轰声场存在明显区别,燃气射流对于多循环爆轰声场特征具有重要影响,为此开展了气-液两相多循环爆轰声场独特的指向性与时频域特性研究。在自由空间内搭建了基于80 mm直径爆轰管的单次和多循环爆轰实验系统并进行了测试分析。结果表明：多循环爆轰声场指向性呈现“心”形,最大值出现在45°方向,辐射角度30°范围内爆轰声场高频截止频率约为500 Hz;射流区域内燃气湍流抑制了45°辐射角度内爆轰声波高频成分,明显减小了爆轰声波峰值声压级;燃气射流使得前导激波波阵面在中心轴线附近会产生“葫芦状”凸起,导致轴向0°方向爆轰声波到达时间明显小于其他方向;较短的脉冲作用时间导致多循环爆轰声效率高于传统射流声效率,达到12%。实验验证了燃气射流区域尺寸、辐射角度与多循环爆轰声场声波高频截止频率之间的相互关系。