CN103105103B - 基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药 - Google Patents

Abstract

一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，包括弹头、弹体、智能材料驱动器及定位系统。弹药主体部分通过弹头底部的球形凹槽与弹身上端平面的球形凸起连接，弹头底部开有四个穿过弹头圆心且与球形凹槽相通的导槽，并通过在导槽中安装密封销、弹簧和滚珠对连接部位进行紧固。智能材料驱动器通过定位系统反馈的信息，在一定电信号作用下产生形变，推动弹头偏转，实现弹药运动轨迹的改变。本发明使偏转角度更大，最终实现弹体攻击范围更广；并且减少了智能材料的用量，节省出了空间可以放置微处理器和小型电源，使得总体结构紧凑，以此来实现高自主、自适应攻击弹药的微小型化、高精度及低能耗化。

Description

基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药

技术领域

本发明涉及一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药。

背景技术

现今，机电机构的制导控制机构已在精确打击弹药中得到了广泛应用，并取得了良好的效果，其应用促使弹药从无控发展到简控，再到现今的制导化。但是，这些机电机构由于结构复杂、可靠性较低，结构笨重、变形效益降低，制动传动系统复杂、功重比低，且难以实现连续光滑变形等弱点，这就需要新颖的设计理念和设计构思来实现高自主、自适应攻击弹药的微小型化、高精度及低能耗化。

目前，人们可采用的姿态控制控制方式有：

(1)利用微喷技术控制弹体姿态；

(2)利用精确炸点调整姿态以对目标进行定位；

(3)利用弹头偏转角控制方式以改变弹道追击目标。

微喷控制方式是MEMS应用的重要方向，人们研制了与打印机喷墨头相同原理的微推进器，专门用于微卫星的姿态控制。精确炸点控制方式是通过微小爆炸驱动装置调整弹丸的姿态。弹头偏角控制方式通过控制在空气流中的整个导弹头部的角度偏转，离开导弹的中心线，产生空气动力矩，改变导弹飞行姿态，进而实现飞行轨迹地改变。三种控制方式各有特点，但偏转头控制方式在机动性、操纵性和稳定性间达到一个高性能的平衡，且由于压电驱动器的批生产、低成本和快响应，采用弹头偏角控制技术以改变弹道的方式较精确炸点控制方式和微喷控制技术方式具有更高的可行性。

这种弹头偏转技术是超音速、高超音速导弹以及便携式导弹都优良控制方式，此外，弱为该技术配以传感器件和微处理器，则拥有可在较小空间内实现自适应结构变化，可降低控制、执行组件的体积、质量及能耗等特点，故该技术不仅仅是可以应用在导弹上，在狙击步枪、火箭弹、坦克火炮弹药等小型弹药结构上仍有广阔的应用前景，实现弹药在发射出去后的微控制，即弹药在飞行过程自我调整飞行轨道，可以极大的提高弹药的命中精度和弹药的最大射程。

这正符合我国未来武器远程化的发展需求，此外微小型化和武器系统集成化也是未来的武器发展的重要趋势。偏转弹头相对于其它的制导控制技术，结构紧凑更节省在弹药和武器中占用的空间，可极大的减小武器控制部分的体积，配以适当的战斗部必将武器性能提高一个新的台阶。

发明内容

为了解决已有制导控制机构的结构复杂、可靠性较低、结构笨重、变形效益降低、制动传动系统复杂、功重比低，且难以实现连续光滑变形等弱点，提供一种能够在弹药飞行过程中，通过改变弹头的偏角来实现弹药的制导的基于压电驱动器的头部可偏转的弹药。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，包括弹头和弹体，弹体内安装有多个智能材料驱动器，在弹头外壁的下端贯穿开有四个穿过弹头圆心的导槽后，在外壁上形成四个通孔，在弹头的底面圆心上开有球形的凹槽，该凹槽与所述的四个导槽相通；在弹体的上端圆平面上设置有与球形的凹槽相对应的球形凸起，该球形凸起能够插入在球形凹槽内，所述的每个通孔内安装有密封销、弹簧和滚珠，密封销与弹头内壁紧固，密封销的一端与弹簧的一端连接，弹簧的另外一端与滚珠连接，四个滚珠将将球形凸起顶紧；密封销与弹头外壁光滑过渡。

作为本发明的进一步改进，还包括如下特征：

1、相邻的两个导槽互相垂直，并且每条导槽与弹头底面平行。

2、所述的弹头中设置有提供目标定位功能的红外装置或GPS系统。

3、所述的智能材料驱动器包括压电材料、放大机构和外壳，压电材料的一端固定于外壳内，放大机构为环形分布在压电材料周围，放大机构与外壳铰接，放大机构的一端与压电材料的另外一端连接，放大机构的另外一端为智能材料驱动器的输出端且位于外壳外部，智能材料驱动器的输出端位于弹体上端圆平面的外部，智能材料驱动器工作时，压电材料通过提供的电压产生一定的形变后，提供位移，位移经放大机构放大，不同的智能材料驱动器输出端向上顶起并伸长不同的长度，即能够实现弹头的偏转。

4、所述的多个智能材料驱动器分别与提供目标定位功能的红外装置或GPS系统电信号连接。

5、所述的智能材料驱动器外壳为扁平长方体。

6、所述的放大机构为“口”形三级放大杠杆。

7、所述的智能材料驱动器为三个，每个智能材料驱动器的输出端位于弹体上端圆平面的外部，三个智能材料驱动器的输出端以距弹体上端圆平面的圆心为中心成等边三角形。

8、所述的智能材料为压电材料、磁致伸缩材料或形状记忆合金。

本设计发明的有益效果是：相对于其他类型的制导控制技术，本发明更加适用于未来武器弹药远程化、微小型化的发展趋势；相对目前国内外发表的相关文章中的类似结构利用位移放大装置，得到的输出位移更大，进而使偏转角度更大，最终实现弹体攻击范围更广；并且减少了压电陶瓷的用量，节省出了空间可以放置微处理器和小型电源，使得总体结构紧凑。

附图说明

图1是本设计发明的整体的气动布局图；

图2是弹头的结构示意图；

图3是弹头与弹体之间的可实现转动的连接示意图；

图4是弹体的内部结构示意图；

图5是弹体的俯视结构示意图；

图6是驱动器内部结构的示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明作进一步详述：

实施例1

如图1-2所示，本设计方案的弹体的外部气动布局参考了PF89单兵火箭弹的外部结构，外形主体自上而下由弹头1、弹体2、弹尾3三部分构成，弹头1为锥形，弹体2和弹尾3为圆柱形，其中弹头1与弹体2用万向节连接以实现弹头的自由偏转，弹体2与弹尾3之间用螺纹连接，必要时可进行拆卸。本设计在实际中可应用于多种导弹弹药结构。在弹头1外壁的下端贯穿开有四个穿过弹头圆心的导槽11后，在外壁上形成四个通孔12，在弹头1的底面圆心上开有球形的凹槽6，该凹槽6与所述的四个导槽11相通；在弹体2的上端圆平面上设置有与球形的凹槽6相对应的球形凸起8，该球形凸起8能够插入在球形凹槽6内，所述的每个通孔12内安装有密封销4、弹簧5和滚珠7，密封销4与弹头1内壁紧固，密封销4的一端与弹簧5的一端连接，弹簧5的另外一端与滚珠7连接，四个滚珠7将将球形凸起8顶紧；密封销4与弹头1外壁光滑过渡。相邻的两个导槽11互相垂直，并且每条导槽11与弹头1底面平行，以实现弹头1的小角度自由偏转。所述的弹头1中设置有提供目标定位功能的红外装置或GPS系统。

实施例2

在图3中，要实现弹头1部的偏转还需弹体中安置的放大驱动器提供驱动力和驱动位移。本弹药，还包括三个智能材料驱动器9，三个智能材料驱动器9安装在弹体2内，所述的智能材料驱动器9包括压电材料14、放大机构15和外壳13，压电材料14的一端通过预紧螺钉16预紧后固定于外壳13内，放大机构15为环形分布在压电材料14周围，放大机构通过三个铰接螺钉17与外壳13铰接，放大机构15的一端与压电材料14的另外一端连接，放大机构15的另外一端为智能材料驱动器9的输出端10且位于外壳13外部，智能材料驱动器9的输出端10位于弹体2上端圆平面的外部，智能材料驱动器9工作时，压电材料14通过提供的电压产生一定的形变后，提供位移，位移经放大机构15放大，不同的智能材料驱动器9的输出端10向上顶起并伸长不同的长度，即可实现弹头1的任意方向、不同角度的偏转。所述的三个驱动器9分别与提供目标定位功能的红外装置或GPS系统电信号连接。所述的智能材料的外壳13为扁平长方体。所述的放大机构15为硬铝合金7075制成“口”形三级放大杠杆，将伸长量传递至顶端的输出端10，并将其放大。三个智能材料驱动器9的输出端10以弹体2上端圆平面的圆心为中心成等边三角形。所述的压电材料14为压电陶瓷。按本设计方案的比例尺寸，可实现将压电材料产生位移放大60倍并输出。

这样，通过对弹体中三个驱动器中的三个压电材料接入电压的大小的控制，经计算，即可实现弹头的任意方向最大偏角为2度的弹头偏转，以实现弹药飞行过程中的制动转向。

本设计发明的有益效果是：相对于其他类型的制导控制技术，本设计方式更加适用于未来武器弹药远程化、微小型化的发展趋势；相对目前国内外发表的相关文章中的类似结构利用位移放大装置，得到的输出位移更大，进而使偏转角度更大，最终实现弹体攻击范围更广；并且减少了压电陶瓷的用量，节省出了空间可以放置微处理器和小型电源，使得总体结构紧凑。

实施例3

本实施例与实施例2相同，其不同之处在于所述的智能材料为磁致伸缩材料。

实施例4

本实施例与实施例2相同，其不同之处在于所述的智能材料为形状记忆合金，通过所述的弹头1中设置有提供目标定位功能的红外装置或GPS系统电信号连接加热装置加热形状记忆合金，使其形变产生位移。

Claims (7)

1.一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，包括弹头和弹体，弹体内安装有多个智能材料驱动器，其特征在于：在弹头外壁的下端贯穿开有四个穿过弹头圆心的导槽，在外壁上形成四个通孔，在弹头的底面圆心上开有球形的凹槽，该凹槽与所述的四个导槽相通；在弹体的上端圆平面上设置有与球形的凹槽相对应的球形凸起，该球形凸起能够插入在球形凹槽内，每个所述通孔内安装有密封销、弹簧和滚珠，密封销与弹头内壁紧固，密封销的一端与弹簧的一端连接，弹簧的另外一端与滚珠连接，四个滚珠将将球形凸起顶紧；密封销与弹头外壁光滑过渡；所述的智能材料驱动器包括智能材料、放大机构和外壳，智能材料的一端固定于外壳内，放大机构为环形分布在智能材料周围，放大机构与外壳铰接，放大机构的一端与智能材料的另外一端连接，放大机构的另外一端为智能材料驱动器的输出端且位于外壳外部，智能材料驱动器的输出端位于弹体上端圆平面的外部，智能材料驱动器工作时，智能材料通过提供的电压产生一定的形变后，提供位移，位移经放大机构放大，不同的智能材料驱动器输出端向上顶起并伸长不同的长度，即能够实现弹头的偏转；所述的放大机构为“口”形三级放大杠杆。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：相邻的两个导槽互相垂直，并且每条导槽与弹头底面平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：所述的弹头中设置有提供目标定位功能的红外装置或GPS系统。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：所述的多个智能材料驱动器分别与提供目标定位功能的红外装置或GPS系统电信号连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：所述的智能材料驱动器外壳为扁平长方体。

6.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：所述的智能材料驱动器为三个，三个智能材料驱动器的输出端以弹体上端圆平面的圆心为中心成等边三角形。

7.根据权利要求1所述的一种基于智能材料驱动器的头部能够偏转的弹药，其特征在于：所述的智能材料为压电材料或磁致伸缩材料。