引信微型射流压电发电装置的设计及数值分析
发布时间：2021-11-28 10:50
随着引信小型化、智能化水平的提高,其小型化电源技术,特别是引信小型物理电源技术越来越受到人们的关注。引信射流发电机的能量来源为弹道气动能,它能够全弹道给引信电路供电,并且保证弹丸的勤务处理安全性；此外,它还可以为某些弹种引信提供解除保险的第二环境信息。但传统的射流发电机体积大、重量大,使用范围有限。本文结合MEMS （Micro-Electro-Mechanical Systems）工艺技术的发展,提出了一种利用弹道气动能发电的微型引信物理电源方案。首先结合课题的研究背景,介绍了引信气动技术、现代引信对物理电源的要求以及MEMS能量采集技术的发展；其次介绍了射流发电机的工作原理、弹丸头部气流环境,以及振动能转化原理和压电材料的发电特性等；结合引信电源的战术技术要求、压电材料的发电特性及MEMS技术特点,设计了一种微型射流压电发电装置的结构,并对10mm×6mm×1.5mm的结构在亚音速的入口流速下（取100m/s）进行了性能分析和数值仿真,得到其比功率为0.134mW/cm3,研究了其能量采集电路,结果表明该微型发电装置的输出电压、能量大小以及响应时间等可以满足引信电路的使用要求,具有...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1. 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 引信气动技术现状和发展
1.3 现代引信电源的发展
1.3.1 引信物理电源的种类和特性
1.3.2 现代引信对电源的要求
1.4 MEMS技术应用
1.4.1 MEMS技术的发展概述
1.4.2 MEMS能量采集技术
1.5 本文的主要研究内容
2. 射流压电发电机工作原理及其气流环境分析
2.1 射流发电机
2.1.1 射流发电机工作原理
2.1.2 射流发电机的应用
2.2 弹丸头部激波现象分析
2.3 空气射流激振原理
2.3.1 旋涡脱落与涡激振荡
2.3.2 谐振器效应
2.4 流体动力型声波发生器
2.5 本章小结
3. 微型压电振动发电装置的理论分析
3.1 振动能转换的原理模型
3.2 压电微型振动能量采集国内外研究现状
3.3 压电效应与压电材料
3.4 悬臂梁式压电振子
3.4.1 悬臂梁式压电振子的电能输出公式
3.4.2 悬臂梁式压电振子的频率特性
3.4.3 压电材料的最佳粘贴位置
3.5 本章小结
4. 微型射流压电发电装置的设计与数值仿真
4.1 微型射流压电发电装置的结构设计
4.2 弹丸头部气流环境的仿真验证
4.3 射流压电发电装置的数值仿真分析
4.3.1 发电装置的单向流固耦合
4.3.2 多物理场耦合计算方法
4.3.3 发电装置的流固双向耦合流程
4.4 射流压电发电装置各参数对压电振子振幅的影响
4.5 微型射流压电发电装置的电能输出
4.5.1 压电膜片基板厚度比选择
4.5.2 压电膜片的压电耦合分析
4.5.3 压电膜片模态和谐响应分析
4.6 能量采集基础
4.7 本章小结
5. 射流压电发电装置的工艺技术研究
5.1 MEMS加工工艺介绍
5.2 压电膜片的MEMS工艺过程
5.3 谐振腔体的MEMS工艺过程
5.4 本章小结
6. 总结与展望
6.1 主要研究工作和创新点
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]引信用MEMS气流谐振压电发电机[J]. 徐伟,王炅,陆静,聂伟荣,李志超. 探测与控制学报. 2011(01)
[2]火箭发动机气压驱动的直线发电机[J]. 郭军献,李福松,王红丽,马旭辉. 探测与控制学报. 2011(01)
[3]引信物理电源技术进展及应用现状[J]. 陈东林,徐立新,赵广波. 探测与控制学报. 2009(S1)
[4]基于压电效应的能量收集[J]. 潘家伟,黄卫清,周凤拯,冒俊. 压电与声光. 2009(03)
[5]涡轮发电机可调喷管技术研究[J]. 王利,张冬冬,牛晓东. 探测与控制学报. 2008(05)
[6]弹头引信飞行气动热数值模拟及传热规律研究[J]. 娄文忠,周宇,徐祥红,齐斌,张海良. 中北大学学报(自然科学版). 2008(04)
[7]某火箭弹标准外形引信气动加热计算[J]. 李福松,马旭辉,徐敏,刘增辉. 实验力学. 2008(03)
[8]火箭弹弹头引信空气附面层热特性数值仿真研究[J]. 娄文忠,齐斌. 兵工学报. 2007(04)
[9]PZT铁电薄膜湿法刻蚀技术研究[J]. 郑可炉,褚家如,鲁健,李恒. 压电与声光. 2005(02)
[10]基于溶胶-凝胶技术的PZT厚膜快速成膜研究[J]. 陈超,褚家如,鲁健. 微细加工技术. 2005(01)
博士论文
[1]引信压电发电机原理及试验研究[D]. 李映平.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]涡轮式空气动力保险机构在迫击炮弹引信上的应用研究[D]. 刘永.南京理工大学 2009
[2]基于MEMS的压电型微能量采集器的研究[D]. 董璐.上海交通大学 2007
[3]超声速战术导弹进气道/弹身气动干扰数值研究[D]. 蔡飞超.西北工业大学 2005
本文编号：3524285
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1. 绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 引信气动技术现状和发展
1.3 现代引信电源的发展
1.3.1 引信物理电源的种类和特性
1.3.2 现代引信对电源的要求
1.4 MEMS技术应用
1.4.1 MEMS技术的发展概述
1.4.2 MEMS能量采集技术
1.5 本文的主要研究内容
2. 射流压电发电机工作原理及其气流环境分析
2.1 射流发电机
2.1.1 射流发电机工作原理
2.1.2 射流发电机的应用
2.2 弹丸头部激波现象分析
2.3 空气射流激振原理
2.3.1 旋涡脱落与涡激振荡
2.3.2 谐振器效应
2.4 流体动力型声波发生器
2.5 本章小结
3. 微型压电振动发电装置的理论分析
3.1 振动能转换的原理模型
3.2 压电微型振动能量采集国内外研究现状
3.3 压电效应与压电材料
3.4 悬臂梁式压电振子
3.4.1 悬臂梁式压电振子的电能输出公式
3.4.2 悬臂梁式压电振子的频率特性
3.4.3 压电材料的最佳粘贴位置
3.5 本章小结
4. 微型射流压电发电装置的设计与数值仿真
4.1 微型射流压电发电装置的结构设计
4.2 弹丸头部气流环境的仿真验证
4.3 射流压电发电装置的数值仿真分析
4.3.1 发电装置的单向流固耦合
4.3.2 多物理场耦合计算方法
4.3.3 发电装置的流固双向耦合流程
4.4 射流压电发电装置各参数对压电振子振幅的影响
4.5 微型射流压电发电装置的电能输出
4.5.1 压电膜片基板厚度比选择
4.5.2 压电膜片的压电耦合分析
4.5.3 压电膜片模态和谐响应分析
4.6 能量采集基础
4.7 本章小结
5. 射流压电发电装置的工艺技术研究
5.1 MEMS加工工艺介绍
5.2 压电膜片的MEMS工艺过程
5.3 谐振腔体的MEMS工艺过程
5.4 本章小结
6. 总结与展望
6.1 主要研究工作和创新点
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]引信用MEMS气流谐振压电发电机[J]. 徐伟,王炅,陆静,聂伟荣,李志超. 探测与控制学报. 2011(01)
[2]火箭发动机气压驱动的直线发电机[J]. 郭军献,李福松,王红丽,马旭辉. 探测与控制学报. 2011(01)
[3]引信物理电源技术进展及应用现状[J]. 陈东林,徐立新,赵广波. 探测与控制学报. 2009(S1)
[4]基于压电效应的能量收集[J]. 潘家伟,黄卫清,周凤拯,冒俊. 压电与声光. 2009(03)
[5]涡轮发电机可调喷管技术研究[J]. 王利,张冬冬,牛晓东. 探测与控制学报. 2008(05)
[6]弹头引信飞行气动热数值模拟及传热规律研究[J]. 娄文忠,周宇,徐祥红,齐斌,张海良. 中北大学学报(自然科学版). 2008(04)
[7]某火箭弹标准外形引信气动加热计算[J]. 李福松,马旭辉,徐敏,刘增辉. 实验力学. 2008(03)
[8]火箭弹弹头引信空气附面层热特性数值仿真研究[J]. 娄文忠,齐斌. 兵工学报. 2007(04)
[9]PZT铁电薄膜湿法刻蚀技术研究[J]. 郑可炉,褚家如,鲁健,李恒. 压电与声光. 2005(02)
[10]基于溶胶-凝胶技术的PZT厚膜快速成膜研究[J]. 陈超,褚家如,鲁健. 微细加工技术. 2005(01)
博士论文
[1]引信压电发电机原理及试验研究[D]. 李映平.南京理工大学 2006
硕士论文
[1]涡轮式空气动力保险机构在迫击炮弹引信上的应用研究[D]. 刘永.南京理工大学 2009
[2]基于MEMS的压电型微能量采集器的研究[D]. 董璐.上海交通大学 2007
[3]超声速战术导弹进气道/弹身气动干扰数值研究[D]. 蔡飞超.西北工业大学 2005
本文编号：3524285
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3524285.html
