引信技术随着科学技术的飞速发展获得了很大的进步,引信从传统的机械化朝着灵巧化、智能化的方向发展。现代引信对电源的要求愈来愈高,实吋快速供电、安全性高、长储性好的引信电源,需求量更大。随着引信小型化的发展趋势,功能和内部机构或装置不断增多,留给电源的空间有限,因此,引信电源小体积高能量输出的矛盾愈加突出。本论文以引信物理电源为研究对象,采用数值仿真和实验结合的研究方法,开展小型振动压电发电机气流致声激励机理、声振动响应特性和发电性能的研究。首先,在课题预先研究的基础上,通过计算流体分析确定了短的等截面环隙进气道,具有进气口流态转捩快、流场趋于均匀快、整流作用明显、气流速度均匀对称恢复能力强等特点。提出了气流致声、声激振的激振方法,并设计了等截面环隙喷口-共振腔气流致声激振机构,建立了基于N-S方程和SSTk-ω湍流模型的气流致声激振仿真模型。将仿真得到的腔底压力与实验测得的声压曲线进行比较,验证仿真模型的合理性。同时,结果表明,腔底压力呈周期稳定变化,能形成持续稳定的振源,证明了该气流致声激励机构的可行性。其次,应用所建立的仿真模型,对等截面环隙口-共振腔激振机构的流场进行了数值模拟。通过观察其激振过程中的速度和压力流场分布,研究稳定射流、尖劈和共振腔三者之间的相互耦合作用下的气流致声激振机理。速度变化云图显示在共振腔尖劈附近存在旋涡脱落现象,压力变化云图显示共振腔内气体压缩、膨胀过程,共振腔内的轴向速度与声压曲线关系表明共振腔内有驻波形成。同时,发现了所产生的声音频率被共振腔的声模态频率所俘获的现象,且在高速入流作用下共振频率会跳跃到高阶模态。这一结论,验证了旋涡脱落产生边棱音的机制,等截面环隙口-共振腔激振机构具有频率俘获和放大的功能。再次,进行了气流致声激振机构结构参数影响分析。通过实验进一步研究发现,共振腔长度、间距、环隙对激振力幅值和频率存在不同的影响。结果表明,高速气流下,较短共振腔能获得幅值较大的高频稳定振动信号;间距与环隙存在最佳阈值,否则会使激振力幅值很小甚至无振动信号,故设计时要严格控制间距和环隙。另外,结合结构参数对激振力频率的影响,给出了适用于短共振腔声模态频率计算的经验公式;理论计算和实验结果表明,计算值接近实验值。然后,设计了气流致声压振动压电发电机实验样机的压电换能装置。建立了拾振原理的弹簧—质量—阻尼等效模型,推导了压电换能装置的最大机械能输出功率表达式;分析了压电振子的工作方式,确定了压电振子的激励方式、振动模式、固定方式以及其最佳工作振型;对压电振子的受迫振动进行了理论分析,建立了压电振子的振电换能模型。最后,对小型气流致声振动压电发电机实验样机性能进行了测试,研究了实验样机的激振力特性以及发电性能。数据表明,激振力幅值随着入流速度的增大而增大,且呈线性关系;激振力频率比较稳定,处于共振腔的第一阶声模态频率(6kHz左右),频率放大明显。输出电压的幅值和频率随流速的变化关系与激振力的幅值和频率随流速的变化关系具有相同的形式。该实验样机发电性能比较稳定,在负载匹配的情况下最高输出功率达到85.3 mW。