一種無源激活器激勵能量仿真研究

顧浩卿，張璐華，梅志偉

(上海機電工程研究所，上海，201109)

0 引言

對于電激活類火工品(電起爆器、電點火頭等)而言，激活方式主要是通過有源激勵信號施加于火工品之上，當激活電流和持續(xù)時間滿足火工品的激活指標要求即可激活[1]。有源激勵的弊端在于所處環(huán)境條件，若無法獲取有源激勵所需用電，則無法正常激活火工品，在此種條件下，無源激活器激勵方式應運而生。無源激活器是一種用于便攜式過程中的火工品激活裝置[2]，優(yōu)點在于便于攜帶，可重復使用且無需維護保養(yǎng)。但是無源激活器的激勵能量主要靠人力觸發(fā)，激活信號是脈沖信號，為非規(guī)則波形，較難量化計算，本文主要通過一種激勵能量積分仿真方式計算獲取火工品不同激活信號條件下所需激勵能量的等效值[3]，從而為無源激活器激勵能量匹配火工品發(fā)火能量的設(shè)計提供良好輔助基礎(chǔ)。

1 無源激活器激勵能量仿真研究

1.1 無源激活器激勵原理

無源激活器激勵原理是法拉第電磁感應定律，在均勻磁場中導體運動切割磁感線[4]，從而在閉合回路的線圈中產(chǎn)生感應電動勢，E=1/2BL2ω(E-感應電動勢，B-磁感強度，L-導體長度，ω-導體轉(zhuǎn)動切割磁感線的角速度)，則作用于火工品上的感應電流為I=E/(R0+R)(I-感應電流，R0-線圈內(nèi)阻，R-火工品阻值)。若無源激活器的激勵能量大于火工品的發(fā)火能量，則火工品被可靠激活。

1.2 無源激活器激勵能量仿真計算

由圖1可知，無源激活器產(chǎn)生的激勵能量為一維空間中的高斯波形[5]，故可套用一階高斯函數(shù)公式，進行激勵能量的積分計算。

圖1 無源激活器激勵能量波形

(1)高斯函數(shù)

高斯函數(shù)定義如下

其中a,b,c為對應的參數(shù)。高斯函數(shù)是一個鐘形曲線。其中參數(shù)a控制函數(shù)的幅度。參數(shù)b控制鐘形曲線的水平位置，參數(shù)c反應鐘形曲線的寬度。

一維正態(tài)分布

使用Matlab仿真計算軟件，以某工程用電點火頭700mA/10ms，阻值范圍0.4Ω～1.5Ω，可靠發(fā)火能量P=I2Rt(P-火工品可靠發(fā)火能量，I-激活電流，R-火工品阻值，t-激活持續(xù)時間)為例，仿真計算無源激活器在輸出激活電壓0.7V～2.0V，激活脈沖寬度10ms～17ms范圍內(nèi)的激勵能量，代入一階高斯函數(shù)公式，編程如下：

則可得無源激活器激勵能量如表1所示。

某工程用電點火頭(可靠激活指標：700mA電流，持續(xù)10ms，裝機火工品阻值范圍：0.4Ω～1.5Ω)可靠發(fā)火能量：P=I2Rt(P-發(fā)火能量，I-發(fā)火電流，R-火工品阻值，t-激活持續(xù)時間)，理論計算可靠發(fā)火能量為P=1.96mJ～7.35mJ。

則查表1-1可得，當無源激活器的激活信號大于1.7V/10ms則能夠完全滿足某工程用電點火頭的發(fā)火能量要求[6]。

表1 激活器激勵能量仿真計算表

2 研究結(jié)論及展望

由仿真結(jié)果可知，若要達到無源激活器激勵能量的要求，則根據(jù)法拉第電磁感應定律，減小無源激活器線圈內(nèi)阻R0、增加磁感強度B、增加導體長度L、增加角速度ω均可增加無源激活器的激勵能量從而可靠激活火工品，此種激勵能量仿真計算方法有效的輔助了無源激活器的設(shè)計[7]。在無源激活器領(lǐng)域，應可大為廣泛的進行實際應用及輔助設(shè)計。