引信用长贮存寿命高比功率锂离子原电池

针对弹道修正引信用储备式化学电池存在的输出电流有限或工作时间短的问题,提出采用锂离子原电池。通过电解液添加功能剂与正极、负极匹配形成稳定的储存界面,提升贮存寿命;通过电芯材料、结构及正负极界面优化,改善电极反应的极化影响,提高功率输出性能。测试评估结果表明,新型锂离子原电池目前满电荷长期贮存寿命为10年,可在-40~50℃温度范围内1 A大电流放电,具有高比功率特性。

铅酸储备电池在非旋转弹引信上的应用探索

铅酸储备电池是旋转弹电引信使用最多的化学电源之一,在非旋转条件下使用较为少见。针对非旋转弹无转速或转速低的特点,分析了铅酸储备电池应用在非旋转弹引信上需解决可靠激活及电解液保持两项关键技术,提出了利用后坐激活、利用引信其他部件提供的外力激活及特别设计的机构激活解决可靠激活和利用在电池电极间填充吸附隔膜解决电解液保持等技术途径。验证试验表明:铅酸储备电池可以在非旋转条件下应用,发挥其可靠性高、工艺简单以及低成本等优势,为非旋转弹电引信电源的研制提供了更多的技术选择方案。

微电源发展及其在引信中的应用展望

针对引信微小型化的发展,提出了微电源应用于引信需要解决的几个问题,主要综述了国内外微涡轮发电机、微太阳能电池、微压电电源、微锌镍电池、微燃料电池、微锂电池、微温差电池的基本原理和发展现状,分析了不同微电源作为引信电源应用的可能性,认为微涡轮发电机、微压电电源、微燃料电池作为引信微电源具有较好的应用前景。

锂储备电池在引信电源中的应用及前景

介绍了国外锂储备电池在引信电源方面的应用情况 ,分析了锂储备电池在引信电源中的应用特点 ,展望了该电池在未来弹药引信中的应用前景。

引信用电能源通用技术要求探讨

针对目前缺少引信电能源通用技术要求相关标准或规范的现状,梳理目前主要类型引信对电能源功能、性能和适应性的要求,分析归纳引信用电能源的技术要求,在国内现有的引信电能源技术规范基础上,提出引信电能源通用技术要求要素和内涵,供引信研制总体、电能源研究人员以及技术管理人员参考。

基于最小二乘法的数据采集仪电压校准系数提取方法

针对传统线性校准系数只适应开放性操作不适用于黑匣子采集模式的电压数据校准,且只能使用通过原点的直线获得校准系数,不能消除非线性误差的问题,提出了基于最小二乘法的数据采集仪电压校准系数提取方法。该方法采用最小二乘法原理建立与所有参数点相关的数学模型,将数学模型的系数作为电压曲线的校准参数。实验验证表明,利用该系数建立的数学模型与参数点相关性很好,可有效消除非线性误差,校准后的电压数据更接近于实际真值,激活段的数据准确率可以提高20%以上。

销钉固定电堆的储备式锂电池

针对引信电池电堆结构在高过载冲击环境下被破坏,易造成供电失效的问题,提出了销钉固定电堆的储备式锂电池。该电池通过两个在外壁直径方向安装的钢质定位销,将上下相互嵌套的电堆支撑腔体定位锁死,保护电堆处于形状、位置相对固定的腔体中,消除了外力对电堆的直接冲击,增强电池抗冲击能力。冲击及仿真试验表明,电池结构能承受超过10万g的过载冲击,采用定位销钉固定电堆的电池结构没有被破坏,电池作用不失效,电压平稳;但冲击过载继续增加,电池结构虽然完好,电压却出现了比较大的波动,说明要承受更大的过载冲击,仅固定电堆的结构稳定性,已经很难取得理想结果,稳定电解液与电堆的接触稳定性可能是解决问题的一个技术途径。

考虑扭转力矩的塑料贮液瓶薄弱环节设计方法

在塑料贮液瓶薄弱环节尺寸设计方面,目前只考虑后坐过载的方法不适用于旋转弹,因此提出了考虑扭转力矩的塑料贮液瓶薄弱环节尺寸设计方法。该方法将弹丸加速转动过程中角加速度造成的扭转力矩加入计算,利用发射过载-扭转力矩和跌落过载确定薄弱环节尺寸可行区间,通过调整安全系数逐步缩小尺寸可行区间获得尺寸最优值。计算机仿真结果显示采用该方法设计的薄弱环节尺寸可提高安全系数,有效保证可靠激活和1.5m跌落无损。

加钾离子及强度支撑体的引信用超电容电源

针对传统超电容无法直接作为引信电源使用,是因为充放电速率、比容量以及强度不足的问题,提出了加钾离子及强度支撑体的超电容电源。该电源电极及电解液中添加额外导电离子,降低超电容充放电阻抗,提高超电容的快速充放电性能;电容电极集流体采用支撑体增加强度,提高抗冲击能力。试验表明:超电容满足简单快速的充电条件,较高空载电压持续时间大于450s;单体容量大于2F;放电电流大于100mA时,2V以上超过了30s时间;结构可承受马歇特锤击机23齿冲击,可在引信中应用。

储备电池的曲折槽互锁低过载激活机构

针对液体储备电池低过载发射条件下可靠激活和高过载跌落环境勤务处理安全的矛盾,提出储备电池的曲折槽互锁低过载激活机构。此机构在跌落持续时间内通过内惯性环对外惯性环的约束屏蔽跌落过载对外惯性环的影响,以外惯性环的位移作为释放破瓶质量块的判断依据。仿真表明该机构可以解决低过载发射条件下可靠激活和高过载跌落环境下勤务处理安全的矛盾。

粘合剂性能对锂离子电池循环性能的影响机理

针对聚丙烯酸(PAA)类粘结剂对电池性能的影响主要集中在容量方面,对如何影响循环性能及其内在机理一直缺少深入研究的问题,进行了PAA类粘结剂对电池循环性能影响及其内在机理研究。利用实验方法研究了几种不同丙烯酸甲酯(MA)含量的PAA粘合剂材料力学性能,并利用有限元分析的方法对粘合剂性能对Li电池充电过程中电池循环性能的影响及其微观机理进行研究预测。实验及模拟结果表明,粘合剂力学性能对硅(Si)负极材料在充放电循环中的局部失效影响显著,进而对锂(Li)离子电池循环性能和使用寿命产生显著影响。Si负极材料在持续充Li时演变为不同的中间相,体积不断增大,导致颗粒相互挤压与失效。粘合剂低刚度及低强度均有益于电池循环保持率。

利用不饱和有机物添加剂提高锂原电池高温存贮性能

针对锂原电池高温存贮后放电性能衰退的问题,提出利用不饱和有机物添加剂提高锂原电池高温存贮性能的方法。该方法通过加入具有成膜能力的不饱和有机物,在电极/电解液界面形成稳定致密的界面膜,阻止电解液在高温条件下与电极发生副反应,从而提高了锂原电池的高温存储性能。实验结果表明,不饱和有机物碳酸亚乙烯酯对电池副反应具有明显的抑制作用,使其可以通过71℃高温存贮28天的特性考核试验。

基于有限元分析仿真的锂原电池结构优化方法

针对锂原电池在苛刻环境下工作可靠性提升的需求,提出基于有限元分析(ABAQUS)仿真的锂原电池结构优化方法。该优化方法通过ABAQUS仿真软件,对初步设计的结构进行仿真分析,找出设计的薄弱环节,再结合试验验证,对薄弱环节、关键部件结构优化设计以实现苛刻环境下的使用要求。仿真以及试验测试结果表明,设计出的锂原电池组体积Φ40 mm×30 mm,可实现军用苛刻环境下正常放电,验证了设计的有效性。

物场分析法在引信化学电池密封设计中的应用

以往的电池密封性设计主要是经验型的,设计思路会受到惯性思维的影响。因此提出将物场分析法引入引信铅酸储备电池的密封设计。运用物场分析法解决工程技术问题,首先分析工程问题的出发点和期望所达到的目的。搞清楚所要解决的工程技术问题属何种技术领域,已知什么,未知什么,限制条件有那些等等。然后按照物场的三要素要求,判断工程问题已知条件能够构成那些类型的物场体系。对物场进行改造,建立新的技术体系。试验结果表明:采用物场分析法进行电池密封性设计,效果良好。采用该方法,先建立一个问题模型,从分析问题开始,揭开问题的实质,并发现潜在问题,步骤明确,针对性强,克服了以往经验型设计的惯性思维弊端,能进一步激发解决问题的创新性。

锂离子电池硅负极材料充锂过程的跨尺度模拟方法

针对硅(Si)负极材料充锂(Li)过程产生的中间相如何引起其失效,依然缺少微观结构、性能与宏观现象上的关联,提出对Si负极材料充Li过程进行多尺度的计算模拟,建立多尺度耦合模型。该方法利用第一性原理计算与有限元模拟的跨尺度方法,揭示了锂离子电池Si负极充放电过程中原子结构及相稳定性的变化,计算了形成的不同中间相化合物的物理性能。随后利用有限元方法从介观尺度揭示了Si负极材料充Li过程的变形行为。跨尺度模拟结果表明,Si负极材料在充电过程中因形成不同中间相化合物会导致明显的体积膨胀。Si负极材料的膨胀会引起临近颗粒接触、挤压从而产生应力集中甚至发生失效,进而会降低电池的循环性能。