磁流變液延時機(jī)構(gòu)是一種基于磁流變效應(yīng),利用磁流變液流動特性實(shí)現(xiàn)的延時機(jī)構(gòu),具有延期解除保險(xiǎn)時間長、延期解除保險(xiǎn)距離可控可調(diào)、抗過載能力強(qiáng)、成本低、通用性好等特點(diǎn)。本文以小口徑炮彈引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)為背景,以小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)為對象,研究利用磁流變液延時機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小口徑炮彈引信出炮口延期解除保險(xiǎn)功能,采用理論建模分析、數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)測試和模型驗(yàn)證相結(jié)合的方法,開展了引信用磁流變液貯存技術(shù)、磁流變液孔口出流技術(shù)、延期解除保險(xiǎn)距離調(diào)控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。本文的主要內(nèi)容如下:(1)從微觀結(jié)構(gòu)上對磁流變液本質(zhì)特性進(jìn)行了研究,確定磁流變液泄流時間數(shù)學(xué)模型中的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)磁流變液成鏈理論,建立了屈服應(yīng)力模型,確定了在不同轉(zhuǎn)速條件下磁流變液孔口出流時受到的剪切應(yīng)力和其屈服應(yīng)力的關(guān)系。在磁場強(qiáng)度為150mT條件下可保證在35000r/min及以下轉(zhuǎn)速時小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)中的磁流變液不會流動,保證了安全性�；诖帕髯円罕举|(zhì)特性,采用剪切分層理論,研究了高剪切速率下磁流變液的剪切稀化特性,推導(dǎo)了高剪切速率下磁流變液的黏度計(jì)算公式,為延期時間的計(jì)算打下了理論基礎(chǔ)。(2)針對小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)貯存后使用的安全性和可靠性問題,提出了一種貯存壽命評估方法。對機(jī)構(gòu)中的貯存易損部件(磁流變液)進(jìn)行了貯存穩(wěn)定性試驗(yàn),分析了惡劣貯存環(huán)境對磁流變液的屈服應(yīng)力和黏度及機(jī)構(gòu)的延期解除保險(xiǎn)距離的影響,依據(jù)長時間的高溫會導(dǎo)致磁流變液中的磁性顆粒沉降團(tuán)聚的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,建立了磁流變液貯存加速模型,確定了磁流變液貯存壽命的評估方法,并對機(jī)構(gòu)在正常貯存條件下的可靠貯存壽命進(jìn)行了評估。在置信水平γ-0.90,可靠度下限RL=0.85時,磁流變液在常溫下的貯存年限為15.2年,滿足引信貯存壽命在15年到20年的基本要求。(3)根據(jù)對磁流變液的屈服特性和貯存特性的研究成果,結(jié)合小口徑炮彈引信環(huán)境特征,確定了小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,分析了主要零部件結(jié)構(gòu)與動態(tài)特性,確定了關(guān)鍵尺寸參數(shù),加工了機(jī)構(gòu)樣機(jī),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能,該機(jī)構(gòu)各零部件強(qiáng)度和動態(tài)性能滿足小口徑炮彈引信高過載和高轉(zhuǎn)速環(huán)境要求。根據(jù)高轉(zhuǎn)速條件下磁流變液孔口出流特點(diǎn),建立了磁流變液孔口出流模型和磁流變液均勻力場數(shù)學(xué)模型,并提出了高旋轉(zhuǎn)環(huán)境下磁流變液泄流時間工程算法,用于預(yù)測高轉(zhuǎn)速條件下小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)的延期時間。(4)針對旋轉(zhuǎn)離心機(jī)裝配后機(jī)構(gòu)存在偏心、預(yù)加載時間較長和加載轉(zhuǎn)速限制等問題,結(jié)合小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)工作原理,設(shè)計(jì)了高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)平臺,并對試驗(yàn)平臺進(jìn)行了誤差分析和系數(shù)修正,該試驗(yàn)平臺能夠較好的等效高速旋轉(zhuǎn)時磁流變液的泄流情況:利用試驗(yàn)平臺,通過高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)對磁流變液泄流時間數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,并采用數(shù)值模擬方法對局部阻力系數(shù)進(jìn)行了修正,提高了該數(shù)學(xué)模型的精確性。通過高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)研究了小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)中孔徑和磁流變液配比的延期時間調(diào)控能力,提出了小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)在不同高轉(zhuǎn)速條件下的延期時間的調(diào)控方法,為小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)的延期時間的調(diào)控提供了參考。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ430.37
【部分圖文】：

小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究??降低球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正速度，達(dá)到延長延期解除保險(xiǎn)時間的目的；唐玉娟等［２４】提出壓電驅(qū)動??可逆式引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｂ）所示，該機(jī)構(gòu)借助逆壓電效應(yīng)使壓電??驅(qū)動器的定子在交變信號作用下蠕動，其驅(qū)動足撥動滑塊緩緩移動，如果信號反相，??則向相反方向移動；鄧炬鋒等［２５］提出新型的微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平轉(zhuǎn)子延期機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了應(yīng)變速率對微機(jī)電安全與解除保險(xiǎn)裝置的模擬的影響，表明微機(jī)電安全??與解除保險(xiǎn)裝置的模擬中應(yīng)變率效應(yīng)不應(yīng)被忽視；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５計(jì)出組裝電磁線圈和??電磁驅(qū)動電路，提高了電子引信安全性；王秀芝等對分壓組合式裝藥長延期機(jī)構(gòu)燃??燒機(jī)理進(jìn)行了研究，相對于傳統(tǒng)火藥延期機(jī)構(gòu)，燃燒過程穩(wěn)定，燃燒速度均勻，延期??時間精度準(zhǔn)確，燃燒傳播的可靠性較高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾區(qū)動器動??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定軌跡球轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)?（ｂ）壓電驅(qū)動可逆式延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??〇?轉(zhuǎn)軸?＼??［ｆＶ轉(zhuǎn)銷離心滑塊、基ｆ??后坐滑塊、板彈性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平轉(zhuǎn)??（Ｃ）某微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)?（ｄ）活塞調(diào)控水平轉(zhuǎn)子延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??圖１．２．１?—些新型�。伞箯脚趶椧叛悠诮獬ｋU(xiǎn)機(jī)構(gòu)示意圖??本課題組提出了小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)

小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究??降低球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正速度，達(dá)到延長延期解除保險(xiǎn)時間的目的；唐玉娟等［２４】提出壓電驅(qū)動??可逆式引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｂ）所示，該機(jī)構(gòu)借助逆壓電效應(yīng)使壓電??驅(qū)動器的定子在交變信號作用下蠕動，其驅(qū)動足撥動滑塊緩緩移動，如果信號反相，??則向相反方向移動；鄧炬鋒等［２５］提出新型的微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平轉(zhuǎn)子延期機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了應(yīng)變速率對微機(jī)電安全與解除保險(xiǎn)裝置的模擬的影響，表明微機(jī)電安全??與解除保險(xiǎn)裝置的模擬中應(yīng)變率效應(yīng)不應(yīng)被忽視；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５計(jì)出組裝電磁線圈和??電磁驅(qū)動電路，提高了電子引信安全性；王秀芝等對分壓組合式裝藥長延期機(jī)構(gòu)燃??燒機(jī)理進(jìn)行了研究，相對于傳統(tǒng)火藥延期機(jī)構(gòu)，燃燒過程穩(wěn)定，燃燒速度均勻，延期??時間精度準(zhǔn)確，燃燒傳播的可靠性較高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾區(qū)動器動??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定軌跡球轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)?（ｂ）壓電驅(qū)動可逆式延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??〇?轉(zhuǎn)軸?＼??［ｆＶ轉(zhuǎn)銷離心滑塊、基ｆ??后坐滑塊、板彈性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平轉(zhuǎn)??（Ｃ）某微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)?（ｄ）活塞調(diào)控水平轉(zhuǎn)子延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??圖１．２．１?—些新型�。伞箯脚趶椧叛悠诮獬ｋU(xiǎn)機(jī)構(gòu)示意圖??本課題組提出了小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)

給上平行板施加垂直的外力，上平行板就會以一定的速度沿著磁場方向移動，若外力??忽大忽小，磁流變液就會處于交替拉伸壓縮狀態(tài)，該過程中磁流變液的流動方向與磁??場方向垂直。雖然上板的移動較�。◣缀撩祝�，但是磁流變液產(chǎn)生的阻尼力卻很大。??擠壓模式可用于振動阻尼器和隔振器上。??流動模式：兩平板固定，在外加壓強(qiáng)的作用，磁流變液在兩板間產(chǎn)生流動，其方??向與磁場方向垂直。在外加磁場的作用下，磁流變液中的磁性顆粒由于相互吸引而在??沿磁極Ｎ、Ｓ間的磁力線方向，形成鏈狀結(jié)構(gòu)，從而限制了流體的流動，在一定程度??Ｊｌ增加了磁流變液的黏度特性，可通過改變外加磁場強(qiáng)度的大小，來控制磁流變液的??流動阻力。流動模式可用于液壓控制閥等磁流變器件，小尺度磁流變液延時機(jī)構(gòu)也是??采用這種模式。??剪切模型：兩平行平板之間充滿磁流變液，對上平行板施加外力，就會使兩平行??平板產(chǎn)生相對移動，外加磁場作用在磁流變液上，方向與平板相對移動的方向垂直。??磁流變液在外加磁場的作用下，產(chǎn)生了抗剪切應(yīng)力，阻礙平行板的相對移動，阻礙能??力在一定范圍內(nèi)隨著磁場強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。剪切模式可用于制動器、離合器、變速??器、鎖緊等磁流變器件。??
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本文編號：2888048