基于正交试验的硅基MEMS齿形后坐保险机构参数敏感性

为了对硅基MEMS后坐保险机构进行优化设计和性能研究,基于正交试验与有限元仿真软件相结合的方法,选择齿高、齿宽、弹簧线宽、闭锁梁宽、锁钩间距、初始距离这6个设计参数,对后坐保险机构在正常发射和勤务跌落载荷下的位移和应力的影响进行参数敏感性分析。通过极差分析与方差分析,定量地给出了后坐保险机构各参数对结构在不同冲击载荷下的影响。结果表明,齿高的影响最显著,是影响后坐保险机构位移与应力响应的最主要因素;初始距离、弹簧线宽、齿宽是影响勤务跌落最大位移的次要因素;其他因素均对正常发射与勤务跌落载荷下位移和应力不显示显著性。在相对少的试验次数中定量得出不同设计参数对硅基后坐保险机构的影响大小,对多参数双目标的硅基后坐保险机构优化提供了一定的参考。

Macro Meso Response and Stress Wave Propagation Characteristics of MCT High-Voltage Switch Under Shock load

In order to study the dynamic and electrical coupling response characteristics of Metal Oxide Semiconductor Controlled Thyristor(MCT)high-voltage switch under the synergic action of mechanical load and high voltage,the separated Hopkinson pressure bar(SHPB)test system was used to simulate different impact load environments,and combined with the multi-layer high-voltage ceramic capacitor charging and discharging system,the instantaneous electrical signals of MCT high-voltage switch were collected.Combined with numerical simulation and theoretical analysis,the failure mode and stress wave propagation characteristics of MCT high voltage switch were determined.The mechanical and electrical coupling response characteristics and failure mechanism of MCT high voltage switch under dynamic load were revealed from macroscopic and microscopic levels.The results show that the damage modes of MCT high-voltage switches can be divided into non-functional damage,recoverable functional damage,non-recoverable damage and structural damage.Due to the gap between the metal gate and the oxide layer,the insulating oxide layer was charged.After placing for a period of time,the elastic deformation of the metal gate partially recovered and the accumulated charge disappeared,which induced the recoverable functional damage failure of the device.In addition,obvious cracks appeared on both sides of the monocrystalline silicon inside the MCT high-voltage switch,leading to unrecoverable damage of the device.

迫-1甲引信工作过程仿真模拟

为研究迫-1甲引信运动和作用过程,对其引信工作进行仿真模拟。使用多体系统动力学仿真软件MSC.ADAMS建立引信虚拟样机模型,模拟其运动过程并得到击针对针刺雷管的撞击动能;使用显式动力学仿真软件Ansys Workbench LS-DYNA对引信传爆序列爆轰作用过程进行仿真模拟,验证针刺雷管→导爆管→传爆管→主装药之间传爆的可靠性。仿真结果表明,该仿真模拟可为迫-1甲引信的改进或智能化改造提供数据支撑。

破片撞击环境下的引信传爆药柱多层复合防护结构

针对破片撞击环境下如何对引信传爆药柱进行安全防护,以降低传爆药柱响应等级的问题,根据陶瓷材料防护机理及引信传爆药柱的结构特征,设计了引信传爆药柱金属-陶瓷材料-金属多层复合防护结构。通过数值模拟对比了不同陶瓷材料的多层复合防护结构的防护性能,结果表明,相比无防护结构的引信,碳化硅陶瓷材料的多层复合防护结构的防护效果最优,引信传爆药柱内部峰值压力与破片撞击速度显著降低。通过破片撞击试验验证了碳化硅陶瓷材料的多层复合防护结构的有效性,能够有效降低破片撞击环境下引信传爆药柱的响应等级。

垫片提高抗冲击能力的应力波衰减机理

引信零部件抗高过载冲击,目前大多文献和资料提到用弹塑性垫片材料进行缓冲、吸能,但是缓冲理论并不能解释垫片提高引信零部件耐高过载能力。为此,提出垫片提高引信零部件抗冲击能力的机理主要是应力波反射衰减,即机械滤波。根据应力波在不同界面的反射与透射理论,冲击应力波在通过结构件与垫片的分界面时,因大部分被反射而衰减,垫片提高被保护件抗冲击能力的主要原因不是弹性缓冲,而是机械滤波;垫片对于被保护件质心惯性加速度影响很小,却能显著衰减骑在质心加速度曲线上的应力波,降低二者的合力尖峰,并减少往复振动冲击的破坏。仿真表明:垫片滤波说比缓冲说更合理,并且,波阻抗越小的垫片,机械滤波效果越好;只要远小于有效缓冲厚度,垫片厚度对机械滤波贡献不大;使用不同材料的两层垫片优于同厚度的单一材质垫片,多层更好。

引信机构动力学研究

该文利用发射动力学的最新成果 ,考察了引信机构在发射环境下的动力响应 ;从弹、炮、药、引信全系统的角度 ,建立了引信机构的较为精细的动力学模型和动力学方程 ;并以某型号引信为例进行了动力学仿真。仿真结果表明 :引信机构在复杂的发射环境下其动力响应与弹、炮、药系统的参量具有紧密的联系。

低成本全电子安全与解除保险装置研究现状

随着全电子引信技术的不断成熟和快速发展,对全电子引信及安保装置的低成本化提出了新的要求,以便进一步扩展其应用领域。本文重点介绍了全电子安保装置高压元器件(高压变压器、高压电容、高压开关、爆炸箔起爆器)的低成本化发展现状,同时分析了全电子安保装置低成本化发展的影响因素;指出新材料、新工艺、新原理是实现全电子安保装置低成本化发展的根本方法,利用MEMS等先进工艺技术实现全电子高压器件的批量化生产是降低成本的重要手段之一。

引信用MEMS气流谐振压电发电机

针对目前引信用气流谐振发电机结构复杂、体积大等缺点,结合压电式射流发电机原理和MEMS技术工艺,提出了一种MEMS气流谐振压电式发电机。通过流场和流固耦合分析及压电仿真等对发电机的性能进行的验证表明:MEMS压电式射流发电机可满足低功耗引信使用,且具有结构简单、体积小、能量密度高等特点。

高超音速侵彻引信中的泡沫铝垫片

应对高速侵彻高冲击的主要措施之一是加垫片,而已有垫片材料并不理想。为此,提出以新型材料泡沫铝制造高超音速侵彻引信垫片,泡沫铝自身内部多孔结构有利于抗高过载冲击。ANSYS/LS-DYNA有限元仿真表明,6 mm泡沫铝垫片能起到较好的抗高过载冲击作用,但计算得出的垫片厚度仍不理想,可能需要从衰减应力波角度进一步研究。

高压脉冲功率源输出特性

用于起爆冲击片雷管的高压脉冲功率源输出特性目前在国内尚未见报道,为此,通过测试与计算研究,高压脉冲功率源的输出特性。经测试与计算得出高压脉冲功率源加载电压从1.0～3.0kV大幅度的增加,输出效率在33%～45%递增较为缓慢,变化范围较窄;加载电压为2.2kV时,高压脉冲功率源爆发功率最大,能量利用率最高,为11.3%;对于相同参数的金属桥箔,峰值时间和爆发时间越接近,其爆发功率越大,则金属桥箔转化给飞片的能量越大,金属桥箔的能量利用率越高。对试验与计算结果的分析表明:高压脉冲功率源输出特性与理论分析规律相符合。

弹道修正引信鸭舵空气动力学设计和仿真

在分析了现有弹道修正技术的前提下 ,提出了一种新型的弹道修正技术 ,即鸭舵的空气动力修正技术 ,并且根据空气动力学原理设计了出了一种用于某迫弹弹道修正的鸭舵 ,给出了设计依据及原则 ,最后利用空气动力学仿真软件对设计进行了验证 ,从而证明了设计。

有限元法在MEMS安全系统仿真中的应用

有限元法是MEMS安全系统仿真的基本方法。以大型有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA为工具,应用动力学运动方程的直接积分方法(中心差分法)求解运动方程。对设计方案进行了说明。

硬目标侵彻引信隔离防护优化研究

针对弹丸侵彻硬目标过程中应力突变导致引信可靠性降低的问题,基于应力波传播理论,建立引信受力模型,研究冲击载荷与引信介质间的耦合动力特性,揭示引信受冲击载荷变化规律,推导出应力突变最大值关系式。在此基础上,采用理论分析结合软件仿真的方法,研究垫片厚度与垫片结构对引信抗冲击防护性能的影响,提出采用调整垫片厚度与结构化垫片相结合的引信防护优化设计方案,并基于迫炮试验平台进行回收试验验证。结果表明,该优化方案合理可行,能有效衰减冲击载荷,提高侵彻引信的工作可靠性。

引信电子安全定向多点起爆控制电路设计

针对定向起爆系统由于大量使用常规火工品以及独立的机械保险装置而带来的安全性,可靠性,不可检测性以及体积和重量较大等问题,提出直列式引信电子安全定向多点起爆控制电路设计方法。该方法采用电子安全控制电路双路冗余设计方法,对八方位高压起爆单元进行控制,不仅能提高系统的安全性、可靠性,并且克服了常规的机械保险装置在装到战斗部之前不能检查以及体积和重量较大的不足。经对软件仿真和电路测试,直列式引信电子安全定向多点起爆控制电路符合设计要求,软件功能设计合理,电路工作性能稳定,能可靠地对多点高压起爆单元进行控制,实现定向多点起爆控制功能。

锂电池用硫酰氯电解液制备工艺改进

针对市场上购买的硫酰氯溶液、电解质四氯铝锂杂质和水分含量大,导致放电性能与期望值差距较大,对其制备工艺提出了改进方法。该方法将硫酰氯溶液蒸馏提纯,LiAlCl4高温处理后,硫酰氯原溶液中加入1.5mol/L LiAlCl4,纳米催化剂金属钯用量为0.5%LiAlCl4时,电解液放电性能最佳。将新、原工艺制备的电解液装配成储备式锂电池分别进行高、低、常温放电试验,结果表明:放电电压、放电容量、激活时间等指标新工艺优于原工艺,改善了锂-硫酰氯电池的整体放电性能。

引信零部件的强度与刚度及结构可靠性研究

该文分析了引信产品中存在的强度和刚度问题，认为在引信的结构设计与分析中，不仅要考虑零部件的强度问题，同时也要注意零部件的刚度问题，并对引信零部件的强度和刚度分析方法进行了说明。在此基础上详细讨论了引信零部件强度、刚度和结构可靠性分析设计的一般方法以及需要解决的问题。

引信球转子动力学分析

球转子机构是旋转弹药引信典型的保险与解除保险机构之一,除主要用于满足引信隔爆安全性要求外,同时也可兼作延期解除保险。应用欧拉刚体动力学理论,分析了球心、质心及弹丸旋转轴均不重合时的球转子动力学问题,给出了描述球转子在其腔室内转正运动的微分方程组,为引信球转子的工程设计提供了理论支持。

有限元方法在串联引信结构强度计算中的应用

针对串联引信后级在前级战斗部爆轰条件下的结构响应无法通过常规方法计算的问题,提出应用有限元方法进行后级引信结构强度的计算和校核。该方法利用LS-DYNA软件计算前级爆轰冲击条件下后级引信本体及元器件、零部件的过载、应力、应变三个物理量,并利用这些物理量分析和校核引信结构强度。仿真计算和外场试验结果表明:有限元方法的应用解决了爆轰条件下串联引信后级结构强度的计算和评估问题,仿真模型具有较好的拟真度。

引信风帽内表面温度分布的快速数值计算

针对研究风帽内表面温度时所采用的传统数值计算方法耗时长、易出现无法收敛的问题,提出了快速数值计算法。该方法把工程算法与数值计算相结合,即利用工程算法获得风帽外表面上的气动加热热流密度,将此热流密度作为边界条件,利用数值仿真软件Fluent对风帽的传热过程进行数值模拟,从而获得了风帽内表面的温度分布。所得结果与传统全流场仿真的结果相比,差值在2%以内,但计算所需时间却大幅缩短,以牺牲微小的精度代价,却带来计算效率的巨大提升。算例分析表明,在计算精度要求不是很高时,可以采用该快速数值计算法研究风帽内表面的温度分布。

一种提高点传火系统安全性的方法

为改善点传火的同时性、一致性,降低压力波,提高点传火系统的安全性,设计一种点传火模拟装置。用带有硝基软片管的药管结构替代传统的药包形式,进行点传火模拟试验,并对提出的3种试验方案进行模拟、讨论。实验结果表明:带有硝基软片管的药管结构能缩短轴向传火时间,维持较高压力,降低压力波,提高点传火一致性和发射装药点传火系统的安全性。