小尺度磁流变液延时机构关键技术研究

发布时间：2020-11-17 23:28

　　 磁流变液延时机构是一种基于磁流变效应,利用磁流变液流动特性实现的延时机构,具有延期解除保险时间长、延期解除保险距离可控可调、抗过载能力强、成本低、通用性好等特点。本文以小口径炮弹引信延期解除保险机构为背景,以小尺度磁流变液延时机构为对象,研究利用磁流变液延时机构实现小口径炮弹引信出炮口延期解除保险功能,采用理论建模分析、数值仿真、实验测试和模型验证相结合的方法,开展了引信用磁流变液贮存技术、磁流变液孔口出流技术、延期解除保险距离调控技术等关键技术的研究。本文的主要内容如下:(1)从微观结构上对磁流变液本质特性进行了研究,确定磁流变液泄流时间数学模型中的关键参数。根据磁流变液成链理论,建立了屈服应力模型,确定了在不同转速条件下磁流变液孔口出流时受到的剪切应力和其屈服应力的关系。在磁场强度为150mT条件下可保证在35000r/min及以下转速时小尺度磁流变液延时机构中的磁流变液不会流动,保证了安全性。基于磁流变液本质特性,采用剪切分层理论,研究了高剪切速率下磁流变液的剪切稀化特性,推导了高剪切速率下磁流变液的黏度计算公式,为延期时间的计算打下了理论基础。(2)针对小尺度磁流变液延时机构贮存后使用的安全性和可靠性问题,提出了一种贮存寿命评估方法。对机构中的贮存易损部件(磁流变液)进行了贮存稳定性试验,分析了恶劣贮存环境对磁流变液的屈服应力和黏度及机构的延期解除保险距离的影响,依据长时间的高温会导致磁流变液中的磁性颗粒沉降团聚的实验结果,建立了磁流变液贮存加速模型,确定了磁流变液贮存寿命的评估方法,并对机构在正常贮存条件下的可靠贮存寿命进行了评估。在置信水平γ-0.90,可靠度下限RL=0.85时,磁流变液在常温下的贮存年限为15.2年,满足引信贮存寿命在15年到20年的基本要求。(3)根据对磁流变液的屈服特性和贮存特性的研究成果,结合小口径炮弹引信环境特征,确定了小尺度磁流变液延时机构的设计方案,分析了主要零部件结构与动态特性,确定了关键尺寸参数,加工了机构样机,实验验证了机构的结构和功能,该机构各零部件强度和动态性能满足小口径炮弹引信高过载和高转速环境要求。根据高转速条件下磁流变液孔口出流特点,建立了磁流变液孔口出流模型和磁流变液均匀力场数学模型,并提出了高旋转环境下磁流变液泄流时间工程算法,用于预测高转速条件下小尺度磁流变液延时机构的延期时间。(4)针对旋转离心机装配后机构存在偏心、预加载时间较长和加载转速限制等问题,结合小尺度磁流变液延时机构工作原理,设计了高速旋转等效试验平台,并对试验平台进行了误差分析和系数修正,该试验平台能够较好的等效高速旋转时磁流变液的泄流情况:利用试验平台,通过高速旋转等效试验对磁流变液泄流时间数学模型进行了验证,并采用数值模拟方法对局部阻力系数进行了修正,提高了该数学模型的精确性。通过高速旋转等效试验研究了小尺度磁流变液延时机构中孔径和磁流变液配比的延期时间调控能力,提出了小尺度磁流变液延时机构在不同高转速条件下的延期时间的调控方法,为小尺度磁流变液延时机构的延期时间的调控提供了参考。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TJ430.37
【部分图文】：

小尺度磁流变液延时机构关键技术研究??降低球转子转正速度，达到延长延期解除保险时间的目的；唐玉娟等［２４】提出压电驱动??可逆式引信延期解除保险机构，如图１．２．１?（ｂ）所示，该机构借助逆压电效应使压电??驱动器的定子在交变信号作用下蠕动，其驱动足拨动滑块缓缓移动，如果信号反相，??则向相反方向移动；邓炬锋等［２５］提出新型的微机电离心隔爆机构，如图１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平转子延期机构，如图１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了应变速率对微机电安全与解除保险装置的模拟的影响，表明微机电安全??与解除保险装置的模拟中应变率效应不应被忽视；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５计出组装电磁线圈和??电磁驱动电路，提高了电子引信安全性；王秀芝等对分压组合式装药长延期机构燃??烧机理进行了研究，相对于传统火药延期机构，燃烧过程稳定，燃烧速度均匀，延期??时间精度准确，燃烧传播的可靠性较高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾区动器动??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定轨迹球转子机构?（ｂ）压电驱动可逆式延期解除保险机构??〇?转轴?＼??［ｆＶ转销离心滑块、基ｆ??后坐滑块、板弹性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平转??（Ｃ）某微机电离心隔爆机构?（ｄ）活塞调控水平转子延期解除保险机构??图１．２．１?—些新型小Ｉ」径炮弹引信延期解除保险机构示意图??本课题组提出了小尺度磁流变液延时机构

小尺度磁流变液延时机构关键技术研究??降低球转子转正速度，达到延长延期解除保险时间的目的；唐玉娟等［２４】提出压电驱动??可逆式引信延期解除保险机构，如图１．２．１?（ｂ）所示，该机构借助逆压电效应使压电??驱动器的定子在交变信号作用下蠕动，其驱动足拨动滑块缓缓移动，如果信号反相，??则向相反方向移动；邓炬锋等［２５］提出新型的微机电离心隔爆机构，如图１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平转子延期机构，如图１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了应变速率对微机电安全与解除保险装置的模拟的影响，表明微机电安全??与解除保险装置的模拟中应变率效应不应被忽视；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５计出组装电磁线圈和??电磁驱动电路，提高了电子引信安全性；王秀芝等对分压组合式装药长延期机构燃??烧机理进行了研究，相对于传统火药延期机构，燃烧过程稳定，燃烧速度均匀，延期??时间精度准确，燃烧传播的可靠性较高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾区动器动??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定轨迹球转子机构?（ｂ）压电驱动可逆式延期解除保险机构??〇?转轴?＼??［ｆＶ转销离心滑块、基ｆ??后坐滑块、板弹性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平转??（Ｃ）某微机电离心隔爆机构?（ｄ）活塞调控水平转子延期解除保险机构??图１．２．１?—些新型小Ｉ」径炮弹引信延期解除保险机构示意图??本课题组提出了小尺度磁流变液延时机构

给上平行板施加垂直的外力，上平行板就会以一定的速度沿着磁场方向移动，若外力??忽大忽小，磁流变液就会处于交替拉伸压缩状态，该过程中磁流变液的流动方向与磁??场方向垂直。虽然上板的移动较小（几毫米），但是磁流变液产生的阻尼力却很大。??挤压模式可用于振动阻尼器和隔振器上。??流动模式：两平板固定，在外加压强的作用，磁流变液在两板间产生流动，其方??向与磁场方向垂直。在外加磁场的作用下，磁流变液中的磁性颗粒由于相互吸引而在??沿磁极Ｎ、Ｓ间的磁力线方向，形成链状结构，从而限制了流体的流动，在一定程度??Ｊｌ增加了磁流变液的黏度特性，可通过改变外加磁场强度的大小，来控制磁流变液的??流动阻力。流动模式可用于液压控制阀等磁流变器件，小尺度磁流变液延时机构也是??采用这种模式。??剪切模型：两平行平板之间充满磁流变液，对上平行板施加外力，就会使两平行??平板产生相对移动，外加磁场作用在磁流变液上，方向与平板相对移动的方向垂直。??磁流变液在外加磁场的作用下，产生了抗剪切应力，阻碍平行板的相对移动，阻碍能??力在一定范围内随着磁场强度的增加而增强。剪切模式可用于制动器、离合器、变速??器、锁紧等磁流变器件。??
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本文编号：2888048