引信微型射流压电发电装置的设计及数值分析

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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,具有一定的可行性;最后分别设计了该射流压电发电装置中压电膜片和谐振腔体的MEMS加工工艺流程。以上对该微型射流压电发电装置原理的分析和特性的仿真、计算研究等得出的初步结论,为引信微型射流压电发电技术的进一步研究积累了经验,并提供了参考。
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