弹药用压电发火火药作动器原理和动态特性研究

发布时间：2020-07-05 17:20

【摘要】：压电发火火药作动器是一种将屏蔽式导电药雷管的发火部分和传统火药作动器的作动部分有机地结合起来的新型电作动器,有效解决了传统电热桥丝点火型火药作动器需要配套较大体积的电源以及还需要较为复杂且也占用一定空间的电源激活、控制与管理系统的问题。为了给压电发火火药作动器产品研发提供参考,采用理论分析、数值仿真和试验验证相结合的方法,研究了压电发火火药作动器的基本原理和动态特性。为了分析压电发火火药作动器所配压电陶瓷尺寸对其发火性能的影响,系统研究了压电过程理论,分析了压电陶瓷材料的正压电效应、主要参数、结构设计和工艺过程,得到了 5种压电材料的性能参数。结果表明:锆钛酸铅压电陶瓷的性能参数比较适合作为引信压电发火火药作动器的电源材料。并且给出了分别在5MPa、10MPa、20 MPa、50 MPa和100 MPa的膛压下5种压电材料(在不考虑压溃强度的情况下)能产生500 V电压、1500 pf电容的压电陶瓷片的临界尺寸。为了分析压电发火火药作动器的推销过程,首先进行理论分析和计算,运用阿贝尔状态方程理论分析了作动器的运动过程,得到了密闭空腔气体压力和作动销位移的函数关系,再运用牛顿第二定律等理论推导出了作动销位移、推力、速度和时间函数关系,然后运用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值仿真,得到了作动销推力、位移、速度和时间的函数关系,并与理论分析所得图像关系对比,验证了理论分析的可信性。最后将仿真所得数据与产品生产交验数据作对比,验证了数值仿真的可信性。为了分析压电陶瓷的动态特性和导线绝缘性能,利用压电陶瓷片的压溃强度重新设计压电陶瓷片的尺寸与厚度,使压电陶瓷片产生的电压不会高于600 V,降低了压电陶瓷片产生的高压电流击穿导线的可能性;分析了常规导线绝缘材料的性能,指出压电发火的火药作动器不能使用常规导线的原因,总结归纳了 5种适用于作动器导线的绝缘材料的优缺点,并最终选择乙丙橡胶作为压电发火的火药作动器的导线的绝缘材料。为了测试该作动器的综合性能,设计了压电发火的火药作动器的绝缘电阻测定试验、吸湿试验、2 m跌落试验和电发火感度试验方案,并进行了试验验证和结果分析。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ450

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本文编号：2742907