引信振动压电发电机气流致声激励特性研究

为满足引信振动压电发电机的驱动性能要求,解决激励能量关键问题,设计了一个环形喷嘴-共振腔结构的喷注发生器声源。应用计算流体动力学方法,通过仿真模拟解释喷注激发声波致共振腔振动特性;用试验所测的响应电压与仿真获得的共振腔底部声压对比。研究结果表明:共振腔内的声压和轴向质点速度随时间的变化曲线近似于正弦波,相位差为90°,说明了在共振腔内形成了驻波声场;共振腔底部声压幅值和频率较稳定,且幅值较大;压电片的开路响应电压频率与仿真声压频率很接近,从而验证了喷注发生器声源产生纯音的特征。因此,这种根据气流致振原理设计的无活动零件的喷注发生器声源,有利于提高引信振动压电发电机的激励能量。

引信气流激振压电发电机结构参数影响分析

满足引信用小型振动压电发电机气流致振发电要求,解决稳定激振力的问题,控制结构敏感参数是一种有效方法。通过模拟吹风实验,分析气流致声激振机构的相关结构参数对激振力的影响规律。结果表明,不同共振腔长度对应的激振力幅值与入流速度近似呈现线性增大趋势,且长度越大其斜率越小,反之亦然,喷口到共振腔的间距和喷口环隙对激振力幅值的影响较复杂,过大或过小都会使得激振力幅值较小甚至没有波形产生;共振腔长度是影响激振力频率的主要因数,频率随长度的增大而变小,呈现反比关系,喷口到共振腔的间距和喷口环隙对频率的影响较小。因此,对于高速气流,短共振腔可以获得较大幅值的高频稳定激振力,以及需合理控制喷口到共振腔的间距和喷口环隙使得激振力幅值较大。

压电换能器机电转换系数研究

针对气流致声压电发电换能器的腔底压力与输出电压之间存在的机电转换关系,建立了谐振状态下的机电耦合模型,获得了机电转换系数解析解,通过理论机电转换系数表达式分析可得,随着换能器谐振角频率、等效质量、压电片等效电容的减小或品质因数的增加,输出电压增加。搭建实验平台,获得模型机电转换系数。实验结果表明,机电转换系数实验值与理论值的误差为11.29%,推导的理论与实验一致,为小型气流致声压电发电系统的设计提供理论支持。