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摘 要准流体机构是一种典型的引信机构，主要起延期解除保险作用。因具有低成本、定时散布小的特点，故应用日渐广泛。但是以往对准流体技术的研究都只是靠经验公式或修正相关系数来估算延时区间，对准流体机构理论上的研究并不系统，本文根据准流体与散体相似性的特点，结合散体力学的相关知识对准流体进行系统化的理论分析。
关键词引信；准流体；侧孔流；中心流；加速度势；质量流量；侧压系数
中图分类号TJ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)091-0205-02
对于国外关于引信准流体延期解除保险机构的理论研究，以关键词quasi-liquid & fuze、quasi-liquid & fuse、solid & fuze、solid & fuse、 bead & fuze、bead & fuse、glass bead & fuze和glass bead & fuse，在EI、NTIS、NASA和AD数据库中检索（自1964年至今）未能检索到。文献[1]在介绍准流体引信机构时参考了两篇外文资料：文献[2]和[3]，但是经数据库检索，未能检索到。国内对准流体延期解除保险机构的理论研究只限于文献[4]和文献[5]。文献[4]对离心式准流体延期解除保险机构、弹簧式准流体延期解除保险机构和离心与弹簧式组合式准流体延期解除保险机构分别建立了解除保险运动数学模型，进行了力学分析，并得出了适用于各种准流体延期解除保险机构的泄流孔孔口流量速率计算公式。文献[5]根据动能守恒定律对侧孔流准流体质量流量进行了分析，建立了侧孔流准流体质量流量的计算式。但是这两篇文献都没有分析准流体沿垂直力场方向流动与沿力场方向流动的区别，没有考虑到侧向压力对准流体流动的影响，也没有对准流体流动进行试验验证。本文将针对上述问题，从理论角度出发，分析准流体流动时沿不同力场方向的受力情况以及准流体流量速率的计算公式。
1准流体机构流型分类
以往学者们都是从力学角度对准流体延期解除保险机构进行分类。例如：根据工作动力的不同将准流体机构分为离心式准流体延期解除保险机构、弹簧式准流体延期解除保险机构和离心与弹簧组合式准流体延期解除保险机构三类。而本文则是根据机构中准流体泄流孔相对于腔室的方位，将准流体延期解除保险机构分为两大类：第一类是中心流准流体延期解除保险机构，其泄流孔轴线与准流体驻室轴线重合，并且与准流体泄流时活塞运动方向相同；第二类是侧孔流准流体延期解除保险机构，其泄流孔轴线与准流体驻室轴线垂直，与准流体泄流时活塞运动方向也垂直。
2准流体力学分析
2.1侧孔流准流体力学分析
1）非旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构中准流体受力分析。
对典型的引信非旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4046），发现在实际操作过程中活塞簧推力比较大，准流体重力对准流体流动的影响可以忽略不计。为了更好地描述准流体的力学特性，对该机构进行假设：腔室内的准流体处于极限应力(材料临界破坏的应力值)状态；同一水平面内铅垂压力恒定；准流体的物理特性和填充状态均一，故内摩擦系数为常数。
依据Janssen理论对腔室内准流体进行力学分析，得出极限应力状态准流体在腔室内h处所受的轴向压力：；
准流体在腔室内h处受到的侧压力和单位面积上与壁面的摩擦力分别为：
；。
式中B为准流体腔室直径；μω为准流体与腔室壁面间摩擦系数，无量纲；k为活塞簧的刚度；K为侧压系数；h0为活塞簧自由高度；h1为初始状态时高度；h2为解除保险瞬间高度。
2）旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构中准流体受力分析。
对典型的引信旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4016），实际环境下系统的离心力和活塞簧推力都比较大，故准流体重力对准流体流动的影响可以忽略不计。
依据Janssen理论描述准流体的力学特性，得出极限应力状态下，准流体轴向压力：
准流体在腔室内h处受到的侧压力和单位面积上与壁面的摩擦力分别
为：；
。式中参数
含义同上。
2.2中心流准流体力学分析
对典型中心流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4080），发现该机构中准流体的解除保险主要依靠离心力的作用。该离心力一部分由准流体自身提供，另外一方面由活塞产生的推力施加。
Janssen理论假设：腔室内的准流体层处于极限应力状态；同一层面上的压力相同；准流体的物性和填充状态均一，内摩擦系数为常数。
准流体沿腔室轴向压力：
；
准流体侧向压力：
；
与壁面单位面积上的摩擦力：
，
式中ω为准流体延期解除保险机构系统转速；B为准流体腔室直径；m活塞为活塞的质量；r1为初始状态时活塞质心距旋转轴距离；ρ为准流体假密度；K为侧压系数；μω为准流体与腔室壁面之间摩擦系数；r为腔室内准流体微元质心距旋转轴距离。
3准流体流速分析
1）侧孔流准流体泄流时质量流量分析（见表1）。
2）中心流准流体泄流时质量流量分析（见表2）。
4结论
本文是借鉴散体力学中的力学分析理论对引信准流体机构进行研究，首次将引信准流体延期解除保险机构按照泄流孔相对腔室位置的不同分为侧孔流和中心流；首次引用散体力学中的侧压力理论对引信准流体侧孔流结构进行受力分析，将分析出来的侧压力用于分析其质量流量。本文的研究仅限于理论、试验和算例分析，没有对准流体机构动态特性进行数值仿真研究。今后可以探讨采用连续介质力学理论的差分方法和有限元法或者采用非连续介质的离散元法对准流体机构进行数值仿真研究。
参考文献
[1]董方晴编译.引信设计原理[M].北京:国防工业出版社,1983.
[2]Glass-bead study[U].Estman Kodak Co.,Final summary Report,February,1959.
[3]Integrating Arming Device For Fuzes Used In Nose Pointing Ammunition[U]. Mognavox Co.,Summary Report, December,1.
[4]张廷显.准流体延期解除保险机构研究[D].南京:南京理工大学,2002.
[5]赵鹏,陆轶尘,朱英杰.我国第一个准流体隔离远解机构泄流时间分析[C].中国兵工学会1987年引信年会论文.沈阳工业学院,1987.
[6]谢洪勇,刘志军.粉体力学与工程[M].北京:化学工业出版社.2007.
[7]邱亚兰.散体力学在引信准流体机构性能分析中的应用[D].南京:南京理工大学,2008.
作者简介
邱亚兰（1984—），女，江苏盐城人，硕士研究生，讲师，研究方向：机电系统理论与技术。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词引信；准流体；侧孔流；中心流；加速度势；质量流量；侧压系数
中图分类号TJ文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)091-0205-02
对于国外关于引信准流体延期解除保险机构的理论研究，以关键词quasi-liquid & fuze、quasi-liquid & fuse、solid & fuze、solid & fuse、 bead & fuze、bead & fuse、glass bead & fuze和glass bead & fuse，在EI、NTIS、NASA和AD数据库中检索（自1964年至今）未能检索到。文献[1]在介绍准流体引信机构时参考了两篇外文资料：文献[2]和[3]，但是经数据库检索，未能检索到。国内对准流体延期解除保险机构的理论研究只限于文献[4]和文献[5]。文献[4]对离心式准流体延期解除保险机构、弹簧式准流体延期解除保险机构和离心与弹簧式组合式准流体延期解除保险机构分别建立了解除保险运动数学模型，进行了力学分析，并得出了适用于各种准流体延期解除保险机构的泄流孔孔口流量速率计算公式。文献[5]根据动能守恒定律对侧孔流准流体质量流量进行了分析，建立了侧孔流准流体质量流量的计算式。但是这两篇文献都没有分析准流体沿垂直力场方向流动与沿力场方向流动的区别，没有考虑到侧向压力对准流体流动的影响，也没有对准流体流动进行试验验证。本文将针对上述问题，从理论角度出发，分析准流体流动时沿不同力场方向的受力情况以及准流体流量速率的计算公式。
1准流体机构流型分类
以往学者们都是从力学角度对准流体延期解除保险机构进行分类。例如：根据工作动力的不同将准流体机构分为离心式准流体延期解除保险机构、弹簧式准流体延期解除保险机构和离心与弹簧组合式准流体延期解除保险机构三类。而本文则是根据机构中准流体泄流孔相对于腔室的方位，将准流体延期解除保险机构分为两大类：第一类是中心流准流体延期解除保险机构，其泄流孔轴线与准流体驻室轴线重合，并且与准流体泄流时活塞运动方向相同；第二类是侧孔流准流体延期解除保险机构，其泄流孔轴线与准流体驻室轴线垂直，与准流体泄流时活塞运动方向也垂直。
2准流体力学分析
2.1侧孔流准流体力学分析
1）非旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构中准流体受力分析。
对典型的引信非旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4046），发现在实际操作过程中活塞簧推力比较大，准流体重力对准流体流动的影响可以忽略不计。为了更好地描述准流体的力学特性，对该机构进行假设：腔室内的准流体处于极限应力(材料临界破坏的应力值)状态；同一水平面内铅垂压力恒定；准流体的物理特性和填充状态均一，故内摩擦系数为常数。
依据Janssen理论对腔室内准流体进行力学分析，得出极限应力状态准流体在腔室内h处所受的轴向压力：；
准流体在腔室内h处受到的侧压力和单位面积上与壁面的摩擦力分别为：
；。
式中B为准流体腔室直径；μω为准流体与腔室壁面间摩擦系数，无量纲；k为活塞簧的刚度；K为侧压系数；h0为活塞簧自由高度；h1为初始状态时高度；h2为解除保险瞬间高度。
2）旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构中准流体受力分析。
对典型的引信旋转式侧孔流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4016），实际环境下系统的离心力和活塞簧推力都比较大，故准流体重力对准流体流动的影响可以忽略不计。
依据Janssen理论描述准流体的力学特性，得出极限应力状态下，准流体轴向压力：
准流体在腔室内h处受到的侧压力和单位面积上与壁面的摩擦力分别
为：；
。式中参数
含义同上。
2.2中心流准流体力学分析
对典型中心流准流体延期解除保险机构进行分析（如引信TH4080），发现该机构中准流体的解除保险主要依靠离心力的作用。该离心力一部分由准流体自身提供，另外一方面由活塞产生的推力施加。
Janssen理论假设：腔室内的准流体层处于极限应力状态；同一层面上的压力相同；准流体的物性和填充状态均一，内摩擦系数为常数。
准流体沿腔室轴向压力：
；
准流体侧向压力：
；
与壁面单位面积上的摩擦力：
，
式中ω为准流体延期解除保险机构系统转速；B为准流体腔室直径；m活塞为活塞的质量；r1为初始状态时活塞质心距旋转轴距离；ρ为准流体假密度；K为侧压系数；μω为准流体与腔室壁面之间摩擦系数；r为腔室内准流体微元质心距旋转轴距离。
3准流体流速分析
1）侧孔流准流体泄流时质量流量分析（见表1）。
2）中心流准流体泄流时质量流量分析（见表2）。
4结论
本文是借鉴散体力学中的力学分析理论对引信准流体机构进行研究，首次将引信准流体延期解除保险机构按照泄流孔相对腔室位置的不同分为侧孔流和中心流；首次引用散体力学中的侧压力理论对引信准流体侧孔流结构进行受力分析，将分析出来的侧压力用于分析其质量流量。本文的研究仅限于理论、试验和算例分析，没有对准流体机构动态特性进行数值仿真研究。今后可以探讨采用连续介质力学理论的差分方法和有限元法或者采用非连续介质的离散元法对准流体机构进行数值仿真研究。
参考文献
[1]董方晴编译.引信设计原理[M].北京:国防工业出版社,1983.
[2]Glass-bead study[U].Estman Kodak Co.,Final summary Report,February,1959.
[3]Integrating Arming Device For Fuzes Used In Nose Pointing Ammunition[U]. Mognavox Co.,Summary Report, December,1.
[4]张廷显.准流体延期解除保险机构研究[D].南京:南京理工大学,2002.
[5]赵鹏,陆轶尘,朱英杰.我国第一个准流体隔离远解机构泄流时间分析[C].中国兵工学会1987年引信年会论文.沈阳工业学院,1987.
[6]谢洪勇,刘志军.粉体力学与工程[M].北京:化学工业出版社.2007.
[7]邱亚兰.散体力学在引信准流体机构性能分析中的应用[D].南京:南京理工大学,2008.
作者简介
邱亚兰（1984—），女，江苏盐城人，硕士研究生，讲师，研究方向：机电系统理论与技术。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文