用于引信隔爆机构的双振子直线超声电机设计

赖群

摘 要：目前，战争改变了以往的地毯式打击方式，实现了高效损伤与打击的精准快速。作为一种对目标进行直接打击的武器，导弹的损伤效能在一定程度上取决于引信隔爆机构。本文主要介绍用于引信隔爆机构的双振子直线超声电机，这一新型设计有机结合了隔爆机构和电机，在电机工作原理的基础上，对使用双振子直线超声电机的可行性进行分析。结果证明，新型的双振子直线超声电机符合引信隔爆机构的设计要求。

关键词：引信隔爆机构；双振子直线超声电机；结构设计

中图分类号：TM922 文献标志码：A

0 引言

引信隔爆机构的主要作用是在没有发生战争的时期，保证安全储藏导弹，以及在发射导弹的过程中实现对弹药引爆的可靠、精确控制。引信隔爆机构的主要形式有电子安全系统、机电安全系统和机械安全系统。机械引信利用环境信息中的环境力，较难利用弱环境。机电安全系统利用弹载计算机对环境信息进行充分利用，将导弹状态、特定的发射动作等信息变成电信号，从而对引信状态做精准控制，因其控制的精准性成为安全系统的主流模式。

1 双振子直线超声电机的结构

双振子直线超声电机在用于引信隔爆机构中时，要满足对驱动器的稳定输出、快速响应等要求，其主要组成是动子、夹持组件和定子。在双振子直线超声电机的底座安装有滑槽和导爆孔，动子也就是隔爆构件，上面安装着导爆孔，夹持组件中包括了螺杆、弹簧和螺母，定子的组成结构有驱动足、夹持和两个对称板结构振子。在双振子直线超声电机结构设计中，对引信隔爆机构、电机、夹持和定子都采取了一体化的设计方式，从整体的机构尺寸得到有效缩小，得到的结构较为紧凑。

2 设计引信隔爆结构

引信隔爆结构的主要作用：确保引信在接收到保险解除的指令之前，持续保持安全状态，接到将保险解除的指令之后，受到驱动马上就能够进入到待发状态。将自毁装置加装到弹药中的目的是有效解决弹药没有爆炸的问题，但是可能会凸显弹药安全与可靠引爆间的冲突。为此，在如今的引信系统中包括水雷、导弹等，都要求具备的功能就是状态可逆性，从而确保引信将保险解除后，或在处理哑弹等非正常状况下，能够恢复引信的安全状态。

图1是用于引信隔爆机构的双振子直线超声电机。在储存弹丸的状态中，超声电机的动子错开底座上的导爆孔，引信是在安全状态中，如图1（a）。在发射弹丸后，弹载计算机处理环境信息，从而发出将保险解除的指令，超声电机在接收到解除指令之后通电，动子出现朝右运动，直到对正导爆孔，从而对正传爆序列。定子在断电自锁之后，动子就被固定在该位置，这个时候机构是待发状态，也就是如图1（b）所示。因为双振子直线超声电机可以对动子实现双向驱动，从而这个引信隔爆机构可能达到引信安全状态的可逆性要求。

3 实验研究

用于引信隔爆机构的直线超声电机中，所使用的定子如图2所示。

3.1 测试定子模态

利用多普勒激光测振仪扫频测试样机，得到如图3所示定子的频响曲线。从图3中可以看到，在掃频的范围中，定子频率的响应曲线在93kHz和91kHz位置有峰值出现。对称工作模态的频率实际测量结果与仿真结果之间的偏差值为0.025%，而反对称工作模态下的频率实测和仿真结果之间的误差为0.84%，出现误差的主要原因是，采用胶水将压电陶瓷片和定子弹性基体黏结到一起，而在有限元中，没有将黏结层所造成的影响考虑在内，提升了定子结构的整体刚度。

3.2 样机机械的输出特征

采用传感器对驱动信号不同下的动子运动速度实施测量，施加激励电压信号之后，其两相的相位差为π/2，峰峰值是150V，通过变化电压信号频率，对频率不同下的电机单程运动平均速度进行测量。如图4所示，在激励电信号在90kHz～93.2kHz时，电机速度都高于150mm/s，其平均速度最大为361mm/s。直线超声电机的在输出性能上速度良好，且工作频率的带宽比较大。在导爆孔的直径是5mm的状态下，对7次的对正导爆孔时间进行测试。为了使隔爆可靠性得到保障，要设置导爆孔轴线的错开距离为5.2mm，从激光位移传感器中采集信息中截取一段位移曲线，测量并记录时间，见表1。

采用测力仪测试样机输出力，测试结果表明，激励电压的峰峰值在150V，电压频率是92kHz的时候，电机最大的输出力可以达到5N，依照相关标准，这个输出力符合引信隔爆机构的使用要求。在实验中电信号峰峰值如果是150V，仅仅于直线超声机电机定子中发挥作用。并且定子中安装了地线，其漏电保护性能在实际工作中有较好的效果。

结语

双振子直线超声电机的产生和应用，主要基于引信安全和保险机构安全解除的需求所驱动。在夹持和定子设计中采取一体化方式，能够可控可调预压力。与此同时要对引信隔爆结构和电机结构实现一体化的设计，从而紧凑化作动器。超声电机结构比较简单，尺寸较小，保证了引信保险机构安全性和可逆化待发状态，有较高的应用价值。

参考文献

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