高转速自发电与高效储放电的弹载电源技术研究
发布时间：2023-02-14 17:40
悬浮弹药是一种新型的防空反导弹药,其利用子弹药的空中悬浮装置来实现短时滞空停留,完成对来袭导弹的防御拦截。子母式悬浮弹药的一大关键在于滞空装置能量供应。本文主要对子母悬浮弹的自发电装置进行研究,寻求一种可以实现长期存储自发电的弹载电源装置,主要内容包括:针对子母式悬浮弹提出了一种旋转式行星轮俘能传动自发电装置,分析其发电流程思路。该自发电装置分为三个部分,俘能装置、传动装置与发电储能装置。首先对传动装置进行设计,并对整个传动装置进行了理论建模分析,最终推导出装置能量输出计算公式。本文提出了两种能量输入模式,分别为偏心质量块模式和喷管涡轮模式。偏心质量块模式以偏心力矩作为装置输入,保持整体轮系平衡运转;基于理论分析基础,建立三维仿真模型,对两种状态的运动规律及输出性能进行分析修正;最后建立相应试验样机,通过试验数据进一步验证方案的可行性。喷管涡轮模式中,利用弹顶进气口喷管的流速驱动涡轮旋转产生输入力矩。在喷管流场及涡轮力学的分析下,得出最终输出力矩的计算公式;并建立三维流场仿真,对管道内流速计算进行验证;依据涡轮力矩建立俘能装置动力学分析模型,对几种运动状态规律进行分析对比,验证模型的正...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外弹载电源发展状况
1.2.1 弹载电源的基本分类
1.2.2 现有弹载电源技术
1.3 本文研究的思路、方法以及主要内容
2 自发电装置整体设计与分析
2.1 自发电装置整体设计思路
2.2 自发电装置的整体设计方案
2.2.1 悬浮子弹药的弹内结构特性
2.2.2 两种方案的整体结构
2.3 俘能装置的设计结构及基本原理
2.3.1 偏心质量块模式
2.3.2 喷管涡轮模式
2.4 传动装置的结构设计与分析
2.4.1 基本传动方式的选取
2.4.2 行星轮传动结构的选用
2.4.3 传动齿轮参数的设计
2.5 传动装置的力学分析及理论计算
2.5.1 滚动轴承摩擦力矩计算
2.5.2 齿轮间啮合效率计算
2.5.3 装置输出能量计算
2.6 本章小结
3 偏心质量块能量输入模式特性研究
3.1 偏心质量块模式的结构设计与理论分析
3.2 偏心质量块模式的动力学仿真
3.2.1 运动学仿真环境
3.2.2 质量块模式三维实体建模
3.2.3 质量块模式动力学仿真建模
3.3 偏心质量块模式稳定状态仿真结果分析
3.3.1 偏心质量块大小与输出力矩的关系
3.3.2 齿轮转速及角加速度的波动现象
3.3.3 外环境角加速度大小对齿轮振荡规律及输出力矩的影响
3.4 偏心质量块模式的失速探究
3.4.1 角加速度过大引起的装置失速
3.4.2 空载失速状态下不同参数的影响
3.4.3 负载失速状态下不同参数的影响
3.5 加入锁定机构的改善方案探究
3.5.1 固定机构的仿真模拟
3.5.2 固定机构加入弹簧装置的仿真模拟
3.6 俘能装置样机及试验流程设计
3.6.1 试验样机的简化设计
3.6.2 整体试验方案
3.6.3 试验流程
3.7 俘能装置样机试验结果分析
3.7.1 驱动装置测速试验
3.7.2 稳定状态下测速试验
3.7.3 临界速度测速试验
3.7.4 失速状态下测速试验
3.8 本章小结
4 喷管涡轮能量输入模式特性研究
4.1 喷管涡轮模式的设计与分析
4.1.1 拉瓦尔喷管的流动分析
4.1.2 拉瓦尔喷管结构设计
4.1.3 涡轮旋转力矩计算
4.1.4 装置输出力矩计算
4.2 喷管涡轮模式的空气流场仿真
4.2.1 进气口模型建立
4.2.2 空气流场仿真模型的建立
4.3 喷管内空气流场仿真结果分析
4.3.1 弹内喷管出口流速计算与仿真比较
4.3.2 颈部流速及压强
4.3.3 弹顶进气口形状对气流特性的影响
4.3.4 弹顶出气口参数对气流特性的影响
4.4 喷管涡轮模式的动力学仿真
4.4.1 喷管涡轮模式动力学仿真建模
4.4.2 涡轮受力平衡状态仿真结果分析
4.4.3 涡轮加速转动状态仿真结果分析
4.4.4 涡轮逆向转动状态仿真结果分析
4.4.5 涡轮受力平衡状态输出力矩对比分析
4.5 本章小结
5 两种能量输入模式的实例计算对比
5.1 基本假设
5.2 滚动轴承的实例计算
5.2.1 轴承的参数选择
5.2.2 润滑剂的选择
5.2.3 滚动轴承的摩擦力矩计算
5.3 齿轮啮合效率计算
5.4 两种模式的能量计算对比
5.5 本章小结
6 旋转发电及储能装置探究
6.1 自发电装置的旋转式微型发电机技术
6.1.1 稀土永磁电机的材料选取
6.1.2 永磁发电机的结构选取
6.1.3 永磁发电机效率计算
6.2 自发电装置的能量存储技术
6.2.1 超级电容器原理
6.2.2 基本储能电路的初步设计
6.2.3 超级电容器基本计算
6.3 本章小结
7 结束语
7.1 总结与结论
7.2 本文的创新点
7.3 有待进一步解决的问题
致谢
参考文献
附录
本文编号：3742721
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外弹载电源发展状况
1.2.1 弹载电源的基本分类
1.2.2 现有弹载电源技术
1.3 本文研究的思路、方法以及主要内容
2 自发电装置整体设计与分析
2.1 自发电装置整体设计思路
2.2 自发电装置的整体设计方案
2.2.1 悬浮子弹药的弹内结构特性
2.2.2 两种方案的整体结构
2.3 俘能装置的设计结构及基本原理
2.3.1 偏心质量块模式
2.3.2 喷管涡轮模式
2.4 传动装置的结构设计与分析
2.4.1 基本传动方式的选取
2.4.2 行星轮传动结构的选用
2.4.3 传动齿轮参数的设计
2.5 传动装置的力学分析及理论计算
2.5.1 滚动轴承摩擦力矩计算
2.5.2 齿轮间啮合效率计算
2.5.3 装置输出能量计算
2.6 本章小结
3 偏心质量块能量输入模式特性研究
3.1 偏心质量块模式的结构设计与理论分析
3.2 偏心质量块模式的动力学仿真
3.2.1 运动学仿真环境
3.2.2 质量块模式三维实体建模
3.2.3 质量块模式动力学仿真建模
3.3 偏心质量块模式稳定状态仿真结果分析
3.3.1 偏心质量块大小与输出力矩的关系
3.3.2 齿轮转速及角加速度的波动现象
3.3.3 外环境角加速度大小对齿轮振荡规律及输出力矩的影响
3.4 偏心质量块模式的失速探究
3.4.1 角加速度过大引起的装置失速
3.4.2 空载失速状态下不同参数的影响
3.4.3 负载失速状态下不同参数的影响
3.5 加入锁定机构的改善方案探究
3.5.1 固定机构的仿真模拟
3.5.2 固定机构加入弹簧装置的仿真模拟
3.6 俘能装置样机及试验流程设计
3.6.1 试验样机的简化设计
3.6.2 整体试验方案
3.6.3 试验流程
3.7 俘能装置样机试验结果分析
3.7.1 驱动装置测速试验
3.7.2 稳定状态下测速试验
3.7.3 临界速度测速试验
3.7.4 失速状态下测速试验
3.8 本章小结
4 喷管涡轮能量输入模式特性研究
4.1 喷管涡轮模式的设计与分析
4.1.1 拉瓦尔喷管的流动分析
4.1.2 拉瓦尔喷管结构设计
4.1.3 涡轮旋转力矩计算
4.1.4 装置输出力矩计算
4.2 喷管涡轮模式的空气流场仿真
4.2.1 进气口模型建立
4.2.2 空气流场仿真模型的建立
4.3 喷管内空气流场仿真结果分析
4.3.1 弹内喷管出口流速计算与仿真比较
4.3.2 颈部流速及压强
4.3.3 弹顶进气口形状对气流特性的影响
4.3.4 弹顶出气口参数对气流特性的影响
4.4 喷管涡轮模式的动力学仿真
4.4.1 喷管涡轮模式动力学仿真建模
4.4.2 涡轮受力平衡状态仿真结果分析
4.4.3 涡轮加速转动状态仿真结果分析
4.4.4 涡轮逆向转动状态仿真结果分析
4.4.5 涡轮受力平衡状态输出力矩对比分析
4.5 本章小结
5 两种能量输入模式的实例计算对比
5.1 基本假设
5.2 滚动轴承的实例计算
5.2.1 轴承的参数选择
5.2.2 润滑剂的选择
5.2.3 滚动轴承的摩擦力矩计算
5.3 齿轮啮合效率计算
5.4 两种模式的能量计算对比
5.5 本章小结
6 旋转发电及储能装置探究
6.1 自发电装置的旋转式微型发电机技术
6.1.1 稀土永磁电机的材料选取
6.1.2 永磁发电机的结构选取
6.1.3 永磁发电机效率计算
6.2 自发电装置的能量存储技术
6.2.1 超级电容器原理
6.2.2 基本储能电路的初步设计
6.2.3 超级电容器基本计算
6.3 本章小结
7 结束语
7.1 总结与结论
7.2 本文的创新点
7.3 有待进一步解决的问题
致谢
参考文献
附录
本文编号：3742721
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