طراحی بهینه یک ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری برای تامین انرژی الکتریکی فیوز پرتابه های با اندازه کوچک

این تحقیق به تشریح طراحی بهینه یک ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری می پردازد که از طریق انرژی مکانیکی پرتابه و تبدیل آن به انرژی الکتریکی، انرژی مورد نیاز فیوز پرتابه را تامین می کند. ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری ارائه شده با بهره گیری از قانون القای فارادی به تولید انرژی می پردازد و متشکل از 3 قطعه؛ آهنربای حلقه ای، بوبین فلزی و صفحه برشی می باشد. برای تعیین میزان تاثیرگذاری هر یک از پارامترها بروی انرژی تولیدی ژنراتور و همچنین به حداکثررسانی انرژی، بهینه سازی با استفاده از rsmccd صورت گرفت تا با مشخص کردن مقدار بهینه هر پارامتر، انرژی حداکثری نیز حاصل شود. این درحالی است که برای شبیه سازی های الکترومغناطیسی از نرم افزار maxwell 3d استفاده شده است. با حاصل شدن ابعاد بهینه اجزای ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری، آزمایش نیز جهت راستی آزمایی با نتایج حل عددی انجام شد. با توجه به انرژی مکانیکی پرتابه که ناشی از شتاب اولیه می باشد، دستگاه تست شوک برای حل تجربی انتخاب شد. نتایج به دست آمده در رنج شتاب ’g 800 نشان می دهد که در حل تجربی ولتاژ v 14در خازنی با ظرفیتuf  100 در مدت ms 1.9 شارژ می شود و این در حالی است که در حل عددی v 14.8 در مدت زمان  ms1.5 شارژ می شود که تطابق خوبی با یکدیگر دارند. همچنین برای ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری یک سازوکار امنیت طراحی شد تا سبب فعال سازی ژنراتور الکترومغناطیسی مینیاتوری در شتاب های بالاتر از’g  800 شود و تحلیل آن نیز توسط آباکوس انجام شد. نتایج حاصله از بهینه سازی بیانگر آن است که نه تنها انرژی تولیدی ژنراتور الکترومغناطیسی افزایش یافته بلکه علاوه بر کاهش حجم، تاثیر هر قطعه نیز بر عملکرد ژنراتور تعیین شده است.

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

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 theoptimization led not only to increased energy production by MLG, but also, to the determination of each part’s effect on the MLG’s performance.