用于引信隔爆機(jī)構(gòu)的雙振子直線超聲電機(jī)設(shè)計(jì)

賴群

摘 要：目前，戰(zhàn)爭(zhēng)改變了以往的地毯式打擊方式，實(shí)現(xiàn)了高效損傷與打擊的精準(zhǔn)快速。作為一種對(duì)目標(biāo)進(jìn)行直接打擊的武器，導(dǎo)彈的損傷效能在一定程度上取決于引信隔爆機(jī)構(gòu)。本文主要介紹用于引信隔爆機(jī)構(gòu)的雙振子直線超聲電機(jī)，這一新型設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合了隔爆機(jī)構(gòu)和電機(jī)，在電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，對(duì)使用雙振子直線超聲電機(jī)的可行性進(jìn)行分析。結(jié)果證明，新型的雙振子直線超聲電機(jī)符合引信隔爆機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：引信隔爆機(jī)構(gòu)；雙振子直線超聲電機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM922 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

引信隔爆機(jī)構(gòu)的主要作用是在沒有發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)期，保證安全儲(chǔ)藏導(dǎo)彈，以及在發(fā)射導(dǎo)彈的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)彈藥引爆的可靠、精確控制。引信隔爆機(jī)構(gòu)的主要形式有電子安全系統(tǒng)、機(jī)電安全系統(tǒng)和機(jī)械安全系統(tǒng)。機(jī)械引信利用環(huán)境信息中的環(huán)境力，較難利用弱環(huán)境。機(jī)電安全系統(tǒng)利用彈載計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行充分利用，將導(dǎo)彈狀態(tài)、特定的發(fā)射動(dòng)作等信息變成電信號(hào)，從而對(duì)引信狀態(tài)做精準(zhǔn)控制，因其控制的精準(zhǔn)性成為安全系統(tǒng)的主流模式。

1 雙振子直線超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)

雙振子直線超聲電機(jī)在用于引信隔爆機(jī)構(gòu)中時(shí)，要滿足對(duì)驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定輸出、快速響應(yīng)等要求，其主要組成是動(dòng)子、夾持組件和定子。在雙振子直線超聲電機(jī)的底座安裝有滑槽和導(dǎo)爆孔，動(dòng)子也就是隔爆構(gòu)件，上面安裝著導(dǎo)爆孔，夾持組件中包括了螺桿、彈簧和螺母，定子的組成結(jié)構(gòu)有驅(qū)動(dòng)足、夾持和兩個(gè)對(duì)稱板結(jié)構(gòu)振子。在雙振子直線超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)引信隔爆機(jī)構(gòu)、電機(jī)、夾持和定子都采取了一體化的設(shè)計(jì)方式，從整體的機(jī)構(gòu)尺寸得到有效縮小，得到的結(jié)構(gòu)較為緊湊。

2 設(shè)計(jì)引信隔爆結(jié)構(gòu)

引信隔爆結(jié)構(gòu)的主要作用：確保引信在接收到保險(xiǎn)解除的指令之前，持續(xù)保持安全狀態(tài)，接到將保險(xiǎn)解除的指令之后，受到驅(qū)動(dòng)馬上就能夠進(jìn)入到待發(fā)狀態(tài)。將自毀裝置加裝到彈藥中的目的是有效解決彈藥沒有爆炸的問題，但是可能會(huì)凸顯彈藥安全與可靠引爆間的沖突。為此，在如今的引信系統(tǒng)中包括水雷、導(dǎo)彈等，都要求具備的功能就是狀態(tài)可逆性，從而確保引信將保險(xiǎn)解除后，或在處理啞彈等非正常狀況下，能夠恢復(fù)引信的安全狀態(tài)。

圖1是用于引信隔爆機(jī)構(gòu)的雙振子直線超聲電機(jī)。在儲(chǔ)存彈丸的狀態(tài)中，超聲電機(jī)的動(dòng)子錯(cuò)開底座上的導(dǎo)爆孔，引信是在安全狀態(tài)中，如圖1（a）。在發(fā)射彈丸后，彈載計(jì)算機(jī)處理環(huán)境信息，從而發(fā)出將保險(xiǎn)解除的指令，超聲電機(jī)在接收到解除指令之后通電，動(dòng)子出現(xiàn)朝右運(yùn)動(dòng)，直到對(duì)正導(dǎo)爆孔，從而對(duì)正傳爆序列。定子在斷電自鎖之后，動(dòng)子就被固定在該位置，這個(gè)時(shí)候機(jī)構(gòu)是待發(fā)狀態(tài)，也就是如圖1（b）所示。因?yàn)殡p振子直線超聲電機(jī)可以對(duì)動(dòng)子實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)，從而這個(gè)引信隔爆機(jī)構(gòu)可能達(dá)到引信安全狀態(tài)的可逆性要求。

3 實(shí)驗(yàn)研究

用于引信隔爆機(jī)構(gòu)的直線超聲電機(jī)中，所使用的定子如圖2所示。

3.1 測(cè)試定子模態(tài)

利用多普勒激光測(cè)振儀掃頻測(cè)試樣機(jī)，得到如圖3所示定子的頻響曲線。從圖3中可以看到，在掃頻的范圍中，定子頻率的響應(yīng)曲線在93kHz和91kHz位置有峰值出現(xiàn)。對(duì)稱工作模態(tài)的頻率實(shí)際測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果之間的偏差值為0.025%，而反對(duì)稱工作模態(tài)下的頻率實(shí)測(cè)和仿真結(jié)果之間的誤差為0.84%，出現(xiàn)誤差的主要原因是，采用膠水將壓電陶瓷片和定子彈性基體黏結(jié)到一起，而在有限元中，沒有將黏結(jié)層所造成的影響考慮在內(nèi)，提升了定子結(jié)構(gòu)的整體剛度。

3.2 樣機(jī)機(jī)械的輸出特征

采用傳感器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同下的動(dòng)子運(yùn)動(dòng)速度實(shí)施測(cè)量，施加激勵(lì)電壓信號(hào)之后，其兩相的相位差為π/2，峰峰值是150V，通過變化電壓信號(hào)頻率，對(duì)頻率不同下的電機(jī)單程運(yùn)動(dòng)平均速度進(jìn)行測(cè)量。如圖4所示，在激勵(lì)電信號(hào)在90kHz～93.2kHz時(shí)，電機(jī)速度都高于150mm/s，其平均速度最大為361mm/s。直線超聲電機(jī)的在輸出性能上速度良好，且工作頻率的帶寬比較大。在導(dǎo)爆孔的直徑是5mm的狀態(tài)下，對(duì)7次的對(duì)正導(dǎo)爆孔時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。為了使隔爆可靠性得到保障，要設(shè)置導(dǎo)爆孔軸線的錯(cuò)開距離為5.2mm，從激光位移傳感器中采集信息中截取一段位移曲線，測(cè)量并記錄時(shí)間，見表1。

采用測(cè)力儀測(cè)試樣機(jī)輸出力，測(cè)試結(jié)果表明，激勵(lì)電壓的峰峰值在150V，電壓頻率是92kHz的時(shí)候，電機(jī)最大的輸出力可以達(dá)到5N，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)輸出力符合引信隔爆機(jī)構(gòu)的使用要求。在實(shí)驗(yàn)中電信號(hào)峰峰值如果是150V，僅僅于直線超聲機(jī)電機(jī)定子中發(fā)揮作用。并且定子中安裝了地線，其漏電保護(hù)性能在實(shí)際工作中有較好的效果。

結(jié)語

雙振子直線超聲電機(jī)的產(chǎn)生和應(yīng)用，主要基于引信安全和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)安全解除的需求所驅(qū)動(dòng)。在夾持和定子設(shè)計(jì)中采取一體化方式，能夠可控可調(diào)預(yù)壓力。與此同時(shí)要對(duì)引信隔爆結(jié)構(gòu)和電機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)，從而緊湊化作動(dòng)器。超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，尺寸較小，保證了引信保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)安全性和可逆化待發(fā)狀態(tài)，有較高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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