基于压电理论的电能收集和存储方法在弹药上的应用

发布时间：2025-01-01 08:44

　　 介绍了可替代传统弹药应用的储能电池。研究结果表明,通过将产生的电荷转移到适当的存储介质中,可使电能转换效率达到70%以上。结合现阶段我国弹药发展情况,通过研制专用试验台模拟炮弹射击和飞行过程中电荷产生和能量收集过程,便于设计和评估该电能收集方法的可行性。

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【部分图文】：

图1 基于弹药平台上的质量-弹簧系统

如图1所示，系统由一个等效质量的m和劲度系数k弹簧组成，在炮弹发射过程中，上述的弹簧系统受到沿箭头方向向上的加速度a。因此弹簧受到F=m·a的压力，并使得弹簧在加速度方向压缩长度d，因此弹簧获取了（1/2k·d2）的弹性势能。通常，承受高过载的弹药会通过某种方式限制弹簧系统压缩量....

图3 受到短时冲击载荷时的压电元件产生电荷曲线

在这组能量收集装置中，压电元件由于自身重力会被压缩一小部分，同时在射击瞬间由于火炮身管后退形成的后退加速度会给压电元件一个冲击载荷，并形成附加质量，然后压电元件产生了短暂的电荷，并由电荷收集和存储设备将电荷转移至存储电容器，图3为压电元件上产生的可用电荷随时间而变化的曲线。对于单....

图4 一次射击的电荷产生和收集的循环电路

对于单次射击的电荷生成和存储的基本电路如图4所示，现有的能量收集装置里的独立压电元件可看做一个电容Cp与电源Q并联，如图5所示。图4的等效电路如图6所示。当压电元件在弹药发射过程中受到冲击载荷时，会产生电荷（Q），从而形成电流i1通过节点1，电流i1一部分（电流i2）流入电感L1....

图7 模拟试验台

目前设计了一种利用非常短暂的压缩载荷并作用在压电单元上的机械模拟装置，结构如图7所示。这个试验台能够容纳不同尺寸的压电元件，带有预装弹簧的锤子由旋转凸轮机构释放，以撞击定位压电元件的铁毡。这个试验台目前通过改变弹簧的预载荷和锤子的质量可以模拟射击加速度超过5000g的情况。例如，....

本文编号：4022335