طراحي بهينه يك ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري براي تامين انرژي الكتريكي فيوز پرتابه هاي با اندازه كوچك

Optimum Design of A Miniaturized Electromagnetic Generator for Electrical Energy Supply of A Small Size Projectile’s Fuse

اين تحقيق به تشريح طراحي بهينه يك ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري مي­پردازد كه از طريق انرژي مكانيكي پرتابه­ و تبديل آن به انرژي الكتريكي، انرژي مورد نياز فيوز پرتابه را تامين مي­كند. ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري ارائه­ شده با بهره­ گيري از قانون القاي فارادي به توليد انرژي مي­­پردازد و متشكل از 3 قطعه؛ آهنرباي حلقه ­اي، بوبين فلزي و صفحه برشي مي ­باشد. براي تعيين ميزان تاثيرگذاري هر يك از پارامترها بروي انرژي توليدي ژنراتور و همچنين به حداكثر رساني انرژي، بهينه­ سازي با استفاده از RSM-CCD صورت گرفت تا با مشخص كردن مقدار بهينه هر پارامتر، انرژي حداكثري نيز حاصل شود. اين درحالي ­است كه براي شبيه­ سازي­ هاي الكترومغناطيسي از نرم ­افزار Maxwell 3D استفاده شده است. با حاصل شدن ابعاد بهينه اجزاي ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري، آزمايش نيز جهت راستي­آزمايي با نتايج حل عددي انجام شد. با توجه به انرژي مكانيكي پرتابه كه ناشي از شتاب اوليه مي­باشد، دستگاه تست شوك براي حل تجربي انتخاب شد. نتايج به ­دست­ آمده در رنج شتاب 'g 800 نشان مي­دهد كه در حل تجربي ولتاژ V 14در خازني با ظرفيتuF 100 در مدت ms 1/9 شارژ مي­شود و اين ­در حالي ­است كه در حل عددي V 14/8 در مدت زمان ms1/5 شارژ مي­شود كه تطابق خوبي با يكديگر دارند. همچنين براي ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري يك ساز و كار امنيت طراحي شد تا سبب فعال­ سازي ژنراتور الكترومغناطيسي مينياتوري در شتاب­هاي بالاتر از'g 800 شود و تحليل آن نيز توسط آباكوس انجام شد. نتايج حاصله از بهينه­ سازي بيانگر آن است كه نه­ تنها انرژي توليدي ژنراتور الكترومغناطيسي افزايش يافته بلكه علاوه بر كاهش حجم، تاثير هر قطعه نيز بر عملكرد ژنراتور تعيين شده است.

This research describes the optimum design of a Miniaturized Electromagnetic Generator (MLG) which supplies electrical energy for the projectile fuse. It supplies the energy by converting the mechanical energy of the projectile into electrical energy. The MLG presented, consists of three parts; a ring magnet, a metal bobbin, and a shear plate and produces the energy by applying the Faraday induction law. To maximize the energy and determine the effect of each parameter on the energy, optimization was performed using RSM, while numerical simulations were performed by Maxwell 3D. Having obtained the MLG parts’ optimum dimensions, an experimental test was used to verify the numerical results. Due to the mechanical energy of the projectile resulting from the initial acceleration, the shock test was selected as the experimental test. The results obtained in the 800'g acceleration range with a capacitor of 100uF show the charge rates of 14V in 1.9ms and 14.8V in 1.5ms for the experimental test and the numerical method respectively, displaying good conformity between them. Also, a safety mechanism was designed to activate MLG at accelerations higher than 800'g and its analysis was carried out by Abaqus. In addition to reducing the volume, the results of the optimization led not only to increased energy production by MLG, but also, to the determination of each part’s effect on the MLG's performance.