论文部分内容阅读
在现代引信中,引信电源主要为引信电路的工作提供基础能源和为起爆电路提供起爆能源。针对现代引信对电源的能量密度、长储性及快速激活性的要求,本文研究了一种基于压电效应的弹载引信压电电源。弹载引信压电电源主要由压电叠堆、能量收集电路及辅助装置组成。通过介绍弹载引信电源和压电电源的研究现状,并对引信压电电源的工作原理进行研究,建立了弹载引信压电电源的物理模型,并推导出压电叠堆的数学模型。利用MATLAB软件对压电电源性能进行仿真,计算时采用某高炮发射时的数据,得到了充电电压响应曲线、充电电压与储能电容之间的关系曲线、充电电压与激励载荷及时间常数之间的关系。对压电叠堆的输出效率进行了分析,当压电叠堆电容与储能电容相等时,能量转移效率最高为25%。同时针对如何提高能量转移的效率,介绍了能量转换电路与能量接口电路,分析了全桥整流电路输出波形图及在能量回收中的优点。为解决储能电容与压电叠堆电容之比过大,导致能量转移效率低的问题,本文引入了同步电荷提取电路(SCE电路),该电路显著地提高了能量转移的效率。研究了三种可充电电源的充放电性能,并比较了它们的优缺点,阐述了选取钽电解电容作为储能电容的合理性。在压电叠堆的理论研究与仿真分析的基础上,根据强度设计准则与引信电路的能量需求,设计出了满足要求的压电叠堆,其组合方式为电学上并联结构上串联。利用大型商用ANSYS软件对压电叠堆进行了应力分析,校核了压电叠堆的安全性。为验证理论分析的可靠性,本文设计了压电电源的动态加载试验和实弹发射试验。试验结果表明,压电叠堆产生的电压满足引信电路需求,且在实弹发射条件下压电叠堆的发电性能优于在试验机条件下。压电叠堆电源具有能量密度高、激活时间短、长储性能好等优点,可作为弹载引信电源并具有广阔的应用前景。