超声压电驱动技术及其在智能安全系统中的应用

超声压电驱动器是基于压电材料的逆压电效应设计而成的新概念电-机能量转换装置，具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、噪声低、位置分辨率高、无电磁干扰等优点。将超声压电驱动原理应用到引信安全与解除保险装置，为引信安全系统中解除保险执行机构提供了一种新的设计思路，能够改善引信炮口安全距离特性，实现引信具有自待发状态恢复至安全状态、安全状态无损检测与识别的功能，易实现模块化，提高引信的通用性。本书系统总结了超声压电驱动的引信安全系统设计方案，包括超声压电驱动器的结构设计及引信安全与解除保险装置样机加工、建立超声压电驱动器驱动足接触模型、对样机输出性能进行测试、建立超声压电驱动器在引信环境作用下的动态特性模型、利用孤极信号识别引信环境、设计引信安全状态无损检测结构等。本书的相关成果验证了超声压电驱动原理在引信中应用的可行性，为超声压电驱动器在引信安全系统中的使用奠定了坚实的基础。

超声压电驱动器是基于压电材料的逆压电效应设计而成的新概念电-机能量转换装置，具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、噪声低、位置分辨率高、无电磁干扰等优点。本书以机电引信为背景，研究以超声压电驱动器作为解除保险执行机构的引信安全系统。根据引信安全系统的特殊结构，并结合超声压电驱动器的原理，研究适合应用在引信安全系统中的超声压电驱动器设计方案；对设计出的超声压电驱动器的结构进行模态分析和进行结构优化相关技术问题研究；研究超声压电驱动器驱动电路关键技术；研究超声压电驱动器引信解除保险距离可控以及引信无损检测的实现；分析了该引信安全系统解除保险逻辑的安全性。本书适合高等院校高年级本科生、研究生或从事智能材料与结构相关研究的人员阅读。

前言
第1章绪论1
1.1引言1
1.2引信安全系统的发展概述3
1.3国内外引信的发展趋势和特点6
1.4引信解除保险执行机构的发展现状8
1.4.1传统引信解除保险机构8
1.4.2MEMS引信解除保险机构13
1.4.3机电引信解除保险机构15
1.5超声压电驱动器的发展与应用18
1.5.1超声压电驱动器的发展现状18
1.5.2超声压电驱动器的特点与应用23
1.6超声压电驱动器在特别环境中的研究与应用27
1.6.1超声压电驱动器在空间探索领域内的研究27
1.6.2超声压电驱动器在武器系统内的应用研究30
1.6.3超声压电驱动器在引信安全系统中应用面临的主要问题32
1.7本章小结33
参考文献33
第2章压电陶瓷性能及其参数描述40
2.1压电陶瓷的压电效应40
2.2压电陶瓷的机电耦合特性41
2.3超声驱动压电陶瓷的主要性能参数45
2.4超声压电驱动器振子的振动模式47
2.5超声压电驱动器振子的振动微分方程48
2.6引信用超声压电驱动器方案设计50
2.7本章小结51
参考文献51
第3章引信用双足直线型超声压电驱动器的工作机理及结构设计52
3.1引信用双足直线型超声压电驱动器的原理52
3.1.1引信用双足直线型超声压电驱动器结构52
3.1.2振子工作模态的选取52
3.1.3双足直线型超声压电驱动器运动机理分析53
3.2双足直线型超声压电驱动器机械性能理论计算56
3.2.1双足直线型超声压电驱动器输出速度56
3.2.2双足直线型超声压电驱动器输出力56
3.3引信用双足直线型超声压电驱动器的振子结构的参数优化59
3.3.1振子结构优化参数的选取59
3.3.2基于模态频率的参数优化59
3.4本章小结63
参考文献64
第4章双足直线型超声压电驱动器及安全与解除保险装置实验研究65
4.1双足直线型超声压电驱动的安全与解除保险装置结构设计65
4.1.1双足直线型压电驱动的安全与解除保险装置工作原理65
4.1.2引信基体夹持结构67
4.1.3预压力装置67
4.1.4振子加工工艺74
4.1.5滑块摩擦材料的贴涂75
4.2振子样机的频率响应测试76
4.3双足直线型超声压电驱动器的机械性能测试78
4.3.1速度测试78
4.3.2输出力测试82
4.4本章小结83
参考文献83
第5章引信环境对双足直线型超声压电驱动器的影响研究85
5.1勤务处理中双足直线型超声压电驱动器遭受跌落冲击分析85
5.2弹丸发射高速动态条件下双足直线型超声压电驱动器抗过载特性分析87
5.2.1离心力对压电驱动器的影响88
5.2.2后坐力对压电驱动器的影响89
5.3引信环境热对双足直线型超声压电驱动器的影响及消除94
5.4引信湿热贮存环境对双足直线型超声压电驱动器的影响96
5.5本章小结98
参考文献98
第6章引信用H形自行式超声压电驱动器的工作机理及结构设计100
6.1引信用H形超声压电驱动器的结构设计100
6.1.1H形超声压电驱动器的结构设计100
6.1.2H形超声压电驱动器的工作原理101
6.2H形超声压电驱动器的结构参数优化及动力学仿真104
6.2.1H形超声压电驱动器的频率一致性设计104
6.2.2H形超声压电驱动器的驱动足轨迹仿真107
6.3H形自行式超声压电驱动器接触模型108
6.4本章小结113
参考文献113
第7章H形自行式超声压电驱动器及安全与解除保险装置实验研究115
7.1定子频率响应及模态测试115
7.2H形超声压电驱动器机械性能测试118
7.3本章小结121
参考文献121
第8章引信环境对H形自行式超声压电驱动器的影响研究122
8.1引言122
8.2冲击载荷中H形超声压电驱动器的受力分析122
8.2.1H形超声压电驱动器的模态分析123
8.2.2H形超声压电驱动器在冲击环境中的受力分析124
8.2.3H形超声压电驱动器的冲击试验验证125
8.2.4冲击载荷对H形超声压电驱动器的性能影响127
8.3H形超声压电驱动器的故障分析128
8.3.1压电阻抗技术的基本原理128
8.3.2H形超声压电驱动器的损伤检测130
8.3.3H形超声压电驱动器损伤的量化分析133
8.4H形超声压电驱动器性能下降的原因分析137
8.4.1H形超声压电驱动器谐振频率变化137
8.4.2冲击载荷下对H形超声压电驱动器有效机电耦合系数的影响139
8.4.3冲击载荷下对H形超声压电驱动器等效电路参数的影响140
8.5本章小结143
参考文献144
第9章引信环境对旋转型超声压电驱动器的影响研究146
9.1引言146
9.2旋转型超声压电驱动器的结构及工作原理147
9.2.1定子弯曲振动行波的产生机理147
9.2.2定子表面质点运动轨迹的形成149
9.3旋转型超声压电驱动器冲击载荷下可能存在的失效模式分析149
9.3.1压电材料的失效模式150
9.3.2定子的失效模式151
9.3.3转子的失效模式152
9.4旋转型超声压电驱动器在冲击载荷下的动态响应152
9.4.1冲击载荷下超声压电驱动器的动态响应分析154
9.4.2超声压电驱动器动态响应和冲击脉宽与幅值的关系156
9.4.3转子变形量与预紧力之间的关系158
9.5旋转型超声压电驱动器冲击过载实验研究159
9.5.1超声压电驱动器的性能测试与结果分析160
9.5.2定子的抗过载能力测试163
9.5.3冲击载荷下隔震防护措施对超声压电驱动器性能的影响164
9.5.4旋转型超声压电驱动器在安全与解除保险机构中的应用分析166
9.6本章小结166
参考文献166