【摘要】：集成化的全電子安全保險(xiǎn)系統(tǒng)是引信安全保險(xiǎn)系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì),微慣性開(kāi)關(guān)作為引信全電子安全保險(xiǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,用于探測(cè)引信環(huán)境并適時(shí)解除保險(xiǎn),在引信全電子安全保險(xiǎn)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。本文以某型榴彈炮引信全電子安全保險(xiǎn)系統(tǒng)為背景,以其中微流體延時(shí)慣性開(kāi)關(guān)為研究對(duì)象,采用理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法,開(kāi)展微液柱流動(dòng)控制、微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等微流體慣性開(kāi)關(guān)關(guān)鍵理論與技術(shù)的研究,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)微通道結(jié)構(gòu)多功能一體化。本文的主要內(nèi)容如下:(1)對(duì)微流體延時(shí)慣性開(kāi)關(guān)的應(yīng)用環(huán)境和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了理論分析,確定了開(kāi)關(guān)的功能要求和工作模式。開(kāi)關(guān)中工作流體以微液柱形式在微通道內(nèi)作整體流動(dòng),基于非定常伯努利方程,結(jié)合微尺度下顯著的粘性作用和毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)行修正,建立了微液柱瞬態(tài)流動(dòng)模型,結(jié)合微液柱瞬態(tài)流動(dòng)仿真和微通道實(shí)驗(yàn)樣機(jī)瞬態(tài)流動(dòng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型。該模型可有效描述慣性力作用下微液柱在微通道內(nèi)的整體流動(dòng),為微液柱流動(dòng)控制研究打下了理論基礎(chǔ)。(2)微液柱流動(dòng)受微通道阻尼特征的控制,微通道阻尼特征系數(shù)受其結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響,基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合微通道結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與阻尼特征系數(shù)的函數(shù)映射關(guān)系,建立了微通道阻尼特征模型,提高了微通道阻尼特征提取的精度�；谔荻认陆捣ā⒘Ｗ尤簝�(yōu)化算法和遺傳算法組合群優(yōu)化提出了PSE(Particle Swarm Evolution)算法,結(jié)合BP算法提出了PSE-BP算法,提高了微通道阻尼特征模型訓(xùn)練的效率(20倍以上)。基于仿真軟件腳本二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了pySim自動(dòng)仿真框架,實(shí)現(xiàn)了基于Gambit、Fluent和Tecplot聯(lián)合微通道阻尼特征樣本仿真的自動(dòng)化和批量化。微通道阻尼特征模型、PSE-BP算法和pySim自動(dòng)仿真框架的聯(lián)合使用,使基于數(shù)值仿真的微通道阻尼特征提取智能化,提高了微通道阻尼特征提取的效率和精度,為基于微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的微液柱流動(dòng)控制打下了基礎(chǔ)。(3)分析了矩形等截面直線形微通道和蛇形微通道的阻尼特性,提取并對(duì)比了微通道的阻尼特征。流體在等截面直線形微通道中流動(dòng),其壓力位置曲線呈直線,阻尼特征系數(shù)為常數(shù)。流體在等截面蛇形微通道中流動(dòng),其壓力位置曲線表現(xiàn)出周期性,由于曲線的脈動(dòng)較小,阻尼特征系數(shù)仍可視為常數(shù)。在截面尺寸相同的情況下,蛇形微通道的阻尼特征系數(shù)大于直線形微通道,有利于實(shí)現(xiàn)微流體延時(shí)慣性開(kāi)關(guān)的延時(shí)功能。(4)結(jié)合U形微連通器和毛細(xì)閥,提出了能夠?qū)崿F(xiàn)較強(qiáng)抗高過(guò)載能力的連通器式加速度載荷區(qū)分微通道,通過(guò)區(qū)分勤務(wù)跌落和后坐加速度載荷,實(shí)現(xiàn)區(qū)分勤務(wù)處理和正常發(fā)射環(huán)境。分析了微通道結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和工作流體材料參數(shù)對(duì)其環(huán)境區(qū)分能力的影響,優(yōu)化微通道的結(jié)構(gòu)特征擴(kuò)展其環(huán)境適應(yīng)性,提高了環(huán)境區(qū)分的可靠性。(5)基于連通器式加速度載荷區(qū)分微通道、蛇形延時(shí)微通道和U形閉鎖微通道一體化集成,結(jié)合染色的微液柱和光電探測(cè)電極,設(shè)計(jì)了微流體延時(shí)慣性開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu),驗(yàn)證了開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的可行性。該開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了勤務(wù)跌落與正常發(fā)射環(huán)境區(qū)分功能、出炮口延期解除保險(xiǎn)功能、閉鎖功能及較強(qiáng)的抗高過(guò)載能力,具有體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【圖文】：

中的流體流動(dòng)一般遵循流體力學(xué)的基本理論，但的微尺度流動(dòng)問(wèn)題。１９７７年，Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ?qū)⑻卣鞒哳}稱為“微水動(dòng)力學(xué)”（Ｍｉｃｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）邋［｜８、液滴和氣泡運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題歸結(jié)為低雷諾數(shù)流動(dòng)尺度下所需傳輸流體的流量很小的特點(diǎn)，把微流體流動(dòng)的問(wèn)題，分析了流動(dòng)所涉及的無(wú)量綱常）、韋伯?dāng)?shù)（Ｗｅ）、Ｄｅ數(shù)、克努森數(shù)（Ｋｎ）等著連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的適用性、流體流動(dòng)與操控及局論，分子間存在著作用力，并且作用力的大小與力作用的情況下，同種物質(zhì)分子間的吸引力會(huì)使等效為一層有形無(wú)質(zhì)的薄膜，將物質(zhì)包裹在其中，同種物質(zhì)分子間的吸引力越大，其表面張力也就物質(zhì)的表面張力大，分界面就會(huì)向哪種物質(zhì)方向

（１）邐Ｗｅｎｚｅｌ邋模型逡逑Ｗｅｎｚｅｌ模型假設(shè)液滴能夠完全進(jìn)入到粗糙壁面的凹槽中，凹槽被液體完全充滿，不逡逑含有空氣（如圖１．２ａ所示）。Ｗｅｎｚｅｌ狀態(tài)時(shí)的表觀接觸角＆可表示為逡逑ｃｏｓ邋０Ｗ邋＝邋Ｃｒ邋ｃｏｓ邋６邐（１．１）逡逑其中：Ｃ，．為表面粗糙度因子，表示實(shí)際的固液分界面積與表觀分界面積的比值。逡逑根據(jù)Ｗｅｎｚｅｌ模型，增加壁面粗糙度會(huì)增強(qiáng)壁面的親水性或疏水性，表現(xiàn)為親者更逡逑親，疏者更疏。逡逑（２）邐Ｃａｓｓｉｅ邋模型逡逑Ｃａｓｓｉｅ模型假設(shè)粗糙壁面的凹槽中充滿了空氣，液體不能進(jìn)入凹槽中（如圖１．邋２ｂ逡逑所示）。Ｃａｓｓｉｅ狀態(tài)的表觀接觸角＆可表示為逡逑ｃｏｓ邋0ｃ＝ｓ邋ｃｏｓ邋６ｘ＋（＼－邋ｓ）邋ｃｏｓ邋０２邐（１．２）逡逑其中：ｓ為液滴下方第一種物質(zhì)表面所占的比例；分別為兩種物質(zhì)的本征接觸逡逑角。逡逑當(dāng)其中一種介質(zhì)為空氣時(shí)（０邋＝邋１８０°），式（１．２）可表示為逡逑ｃｏｓ邋０Ｃ邋＝邋ｆ（ｌ邋＋邋ｃｏｓ邋０ｘ）－＼邐（１．３）逡逑一般粗糖表面的潤(rùn)濕特性處于Ｗｅｎｚｅｌ狀態(tài)和Ｃａｓｓｉａ狀態(tài)之間，，對(duì)于極度親水的壁逡逑面一般處于Ｗｅｎｚｅｌ狀態(tài)，極度疏水的壁面一般處于Ｃａｓｓｉａ狀態(tài)。逡逑１．２．１．３微流體的驅(qū)動(dòng)方式逡逑在微尺度下
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TJ430.3

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本文編號(hào)：2679741