旋转发电机

旋转发电机是靠某一种驱动源使转子和电枢之间发生相对运动而产生电能的引信用物理电源。驱动源可以是高速气流、火药燃气、扭力簧等，因此，旋转发电机有风动涡轮发电机、燃气式涡轮发电机、风动环形发电机、扭力矩发电机等类型。在引信中常用的是涡轮发电机和风动环形发电机。

涡轮发电机可以利用弹丸飞行时头部空气流驱动涡轮旋转，称为风动涡轮发电机；也有利用火药燃气驱动的，称为燃气涡轮发电机。引信中主要使用风动涡轮发电机。

风动涡轮发电机的典型结构如图10-14所示，由转子和电枢两部分组成，转子部分包括涡轮、磁铁、轴承、弹簧垫片等；电枢部分包括线圈骨架、线圈、导磁片、导磁环、引出线等。

图10-14　风动涡轮发电机的典型结构

当弹丸在空中飞行时，气流冲向涡轮，迫使涡轮转动，从而带动与其相连的转子转动。当装配有永磁体的转子旋转时，线圈内的磁场交替变化，产生感应电动势。转子的转动速度高达几十万转每分钟，所以能产生比较高的电压，并向电子线路供电。

电枢最主要的作用是构成磁通回路，导引磁转子产生的变化磁通穿过线圈，从而在线圈中感应出电动势来。风动涡轮发电机的电枢有叠片型、水平型、垂直型等结构形式。

叠片型电枢的典型结构如图10-15所示，其优点是结构简单，导磁材料采用多层薄片叠成，减小了电功率的损耗，在相同条件下输出功率较大；缺点是线圈绕制、装配难度大，电枢质量大。

图10-15　叠片型电枢的典型结构

水平型电枢的典型结构如图10-16所示，其优点是线圈绕制方向与转子轴平行，结构简单、体积小，可采用多层薄片叠层以减小发电机的功率损耗；缺点是线圈装配、绕制难度大，强度差，不易制成多磁极结构，电枢在运行中线圈对转子的去磁作用强。

图10-16　水平型电枢的典型结构

垂直型电枢的典型结构如图10-17所示，其优点是线圈绕制方向与转子轴同轴，线圈绕制及装配容易控制，耐冲击，电机运行中线圈对转子的去磁作用小，输出功率高；缺点是结构较复杂，生产成本略高。

图10-17　垂直型电枢的典型结构

风动涡轮发电机是靠弹丸飞行速度产生的气动能驱动涡轮而使发电机转动的，而发电机转动的快慢又与弹丸的飞行速度呈线性关系。当风速达400m/s时，发电机的转速将会达到200000r/min以上，致使发电机关键零部件（轴承、磁转子等）难以承受；另外，在高风速下，发电机输出电压也不能超过额定电压，以保证引信线路正常工作及适时解除保险。因此，在设计中应严格控制发电机的转速。为了限制发电机转速，可以采取措施来减弱作用在涡轮上的气体流量或风速大小，如采用变截面的进气管道，如图10-18所示；或根据不同转速对应离心力的不同，通过一些机械装置或机械摩擦制动的方法来降低转速，如高转速时使涡轮叶片尖端部分向外伸张来减小气流分量或与涡轮室内壁摩擦制动，在涡轮中间安装能够打开的金属片阻挡气流等；还可以采用压力自动调节器使作用于涡轮上的气压保持恒定，其典型结构如图10-19所示。

图10-18　变截面进气管道

图10-19　压力自动调节器的典型结构

压力自动调节器由外壳、进气衬套、可调出气衬套、弹簧等组成。在弹丸开始飞行期间，出气衬套上的孔与进气衬套上的孔对齐，空气可自由地从进气衬套的中心孔进入空腔内。当侧面的气压增加时，空腔中的气压也随之增加。气压超过允许值时，作用到出气衬套表面上的压力增大，就压缩弹簧使出气衬套向上移动，流孔的有效截面积减小，则进入空腔中的空气也减少。依靠出气衬套的上下移动，可大致保持作用到涡轮上的气压恒定。

风动涡轮发电机现在通常使用内置式涡轮，有轴向进气式和环形进气式两种类型。

轴向进气式涡轮发电机以美国研制用于M734引信的涡轮发电机为典型代表，如图10-20所示。弹丸发射后，空气从引信头部中心的进气道进入引信体，驱动涡轮后由侧面的出气道排出引信体。

图10-20　轴向进气式涡轮发电机的典型结构

环形进气式涡轮发电机是为了适应激光多选择引信及航弹调频引信等新体制引信而研制的一种新结构涡轮发电机。在这些新体制引信中，电子发射装置必须放于引信的头部。显然，轴向进气式涡轮发电机的结构形式不能适应这些新体制引信的要求；而环形进气式涡轮发电机采用侧进气方式，让出的头部位置可以满足这些引信设置发射电子器件的要求。环形进气式涡轮发电机的结构如图10-21所示。

图10-21　环形进气式涡轮发电机的典型结构

涡轮发电机的比功率大，可达50～60mW/cm3；输出电压比较稳定；激活时间短，通常为200ms左右；可长时间连续供电；适用温度范围广；体积小，质量小。涡轮发电机一般用作非旋、低速弹引信的电源，如迫弹、火箭弹、航空炸弹及导弹等无线电引信和多选择引信等；采用内置式涡轮后，也可在较高速度和高旋的弹上使用。

风动环形发电机也是采用弹丸运动产生的气动能作为驱动源。该发电机是一种环状结构，需在转子部分的外周边设置裸露于引信体外的若干个叶片，形成轴流式叶轮。叶轮略大于引信体，而不像风动涡轮发电机那样需要占引信的顶端。按引信总体结构要求，风动环形发电机可以装在引信的中部或下部，其磁极结构可按需要设计成两对、三对或四对，以满足引信对功率的要求。

风动环形发电机的结构原理图如图10-22所示，包括转子和定子两部分。转子包括轴承、叶轮、磁铁（多块）和导磁环，其中磁铁均匀分布，并且相邻两个磁极的极性相反；导磁环将每两磁铁的一个极连接起来，构成磁转子回路。定子包括内导磁架、外导磁架、线圈及线圈骨架、引出线等，用于导引磁通穿过线圈并输出电能供引信使用。

图10-22　风动环形发电机的典型结构

风动环形发电机结构简单，造价低廉，输出功率范围宽（小的数毫瓦，大的数十瓦），同时，还可为引信提供一个独立的解除保险环境能。风动环形发电机一般用作航空炸弹、火箭弹等旋转与非旋转弹引信的电源，更适合作为海上发射的炮弹和导弹引信的电源。