高g值冲击下薄壁管抗冲击性能研究

目的在弹箭发射与侵彻时,弹箭系统内部测试电路元件承受高g值加载。为提高电路元件的存活度,需对其进行缓冲防护。方法利用气炮装置发射钢弹,撞击底座获得高g值加载,研究铝合金薄壁管的抗冲击特性,并基于LS-DYNA研究薄壁管壁厚和冲击速度对高g值冲击过程的影响。结果钢弹冲击速度增加,底座的激励加速度幅值(Acceleration Amplitude of Excitation,AAE)逐渐增加,单层管(CirT)和多胞管(MT)的缓冲效率分别达到91.0%和74.7%,数值模拟所得AAE和响应加速度幅值(Acceleration Amplitude of Response,AAR)与实验结果误差<5%,薄壁管壁厚对激励加速度几乎无影响。结论本文所得结果对轻质元件的高g值冲击防护有较强的指导意义。

电池抗高g值冲击性能的研究

针对在高g值冲击下,弹载存储测试装置的电池模块发生爆炸而导致测试失败的情况,选取测试装置常用的几种电池,利用Hopkinson杆对其在不同方向(沿平行和垂直的冲击方向)和石蜡灌封的状态下进行了抗高g值冲击性能试验。研究结果表明,经过冗余设计的电池有很高的抗冲击性。在约30万g的加速度冲击下,所试验的电池均没有发生爆炸。在目前弹体侵彻各种目标的加速度幅值范围内,所采用电池的可靠性可以保证。

高g值加速度计恶劣环境下测试信号处理方法

针对国产高g值加速度计应用环境恶劣的问题,提出了一种使用阈值改进的小波变换处理加速度计输出信号的方法。加速度计主要应用在弹丸侵彻及火炮膛内参数测试等恶劣环境下,测试信号受到干扰较大,需对其进行降噪处理。本文根据加速度计测试信号的特点对小波降噪阈值函数进行修改,提出了一种新的小波降噪阈值函数;其降噪效果优于小波变换原有阈值函数,对加速度计信号的处理有着明显的优势。为验证本文所提数据处理方法的效果,设计相关实验进行分析并采用计算信噪比及均方差的方法对其进行验证。结果表明,新的方法对于高g值加速度计测试信号的降噪取得了更好的效果。

高g值加速度计的设计与冲击特性分析

针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2μV/g,线性度5%左右;结构受到2×105g冲击后完好且输出信号正常,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统。

高g值侵彻加速度测试及其相关技术研究进展

结合作者及其合作者最近几年在侵彻加速度测试领域的若干研究工作,总结评价了近十几年国内外弹体高速侵彻硬目标高g值加速度现场测试研究成果,特别是存储测试技术在这方面的应用。同时总结了侵彻加速度测试相关技术的发展,包括高g值加速度计的抗高冲击性能和校准、电池抗高冲击性能的研究等。最后结合现有研究基础和潜在的国防需求,论述了这一研究领域的发展趋势以及值得注意的问题。

高g值加速度冲击试验技术研究

根据弹体高速侵彻硬目标过程中加速度测试的特点,研制了高g值冲击试验装置。它由一级空气炮、加速度存储测试装置、炮弹、反射式激光测速仪和激光多普勒测速仪等组成,并在该冲击试验装置上进行了弹载加速度存储测试装置的高g值冲击试验。采用泡沫铝缓冲件对记录电路模块进行缓冲保护,利用光栅作为合作目标,由两套激光多普勒测速仪同时记录冲击过程中测试装置外壳和电路模块的激光频移信号,处理可得到二者的加速度——时间曲线,比较了泡沫铝的高g值缓冲效果。

高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法

针对高g值加速度传感器动态特性校准中遇到的激励窄脉冲的宽度问题,提出了适用于高g值加速度传感器动态特性的窄脉冲校准准则。该准则给出了对不同谐振频率的高g值加速度传感器的动态特性进行校准时,校准所需的激励窄脉冲的最大脉冲宽度与传感器谐振频率的关系。依据该准则设计了窄脉冲校准系统,并对8309型高g值加速度传感器进行了校准实验。实验结果表明,该准则对于高g值加速度传感器频率响应特性的校准是有效的,按照该准则所定脉宽的脉冲能够激起被较准的高g值加速度传感器的各阶谐振频率。

高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20 kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。

基于MEMS的高g值加速度计及在炮弹侵彻双层钢靶试验中的应用

为获取穿甲弹侵彻双层钢靶板过程的高g值冲击过载数据,研制了具有四端全固支的梁岛结构压阻式MEMS的高g值传感加速度计。该加速度计梁根部和端部采用倒角结构,增强了器件强度;采用改进型环氧树脂与不锈钢壳体相结合的强化封装方法,提高了加速度计的抗过载能力;该加速度计与具有特种缓冲结构的高过载电子存储记录器组成了一体化的高过载测试装置。在穿甲弹侵彻双层钢靶的试验中获取了最高峰值达43万g的完整侵彻过程数据,对数据进行截止频率为10 kHz低通滤波后得到侵彻第一层钢靶的峰值过载为-83 281 g,侵彻第二层钢靶的峰值为-115 185 g。试验结果表明该加速度计是一种理想的高过载测试装置,能为相关工程设计及实践提供重要依据。

高g值微机械加速度传感器的现状与发展

本文对用于侵彻武器和爆炸现场测量的高g值加速度传感器进行了四顾与展望。重点介绍了采用微机械工艺的高g值微加速度传感器。首先分析了目前几种新型压阻式和电容式高g值硅微机械加速度传感器的基本工作原理,主要技术指标和敏感元件的结构特点,讨论了几种用于制作高g值微加速度传感器的新型材料和工艺。最后总结了高g值微机械加速度传感器未来的发展趋势。

高g值加速度传感器校准不确定度及误差分析

总结了霍普金森杆校准MEMS高量程加速度传感器过程中的不确定度、误差来源及影响。通过对实验设备中存在误差和不确定因素的各个方面进行分析研究,得到实验设备的不确定度为1.7%,并分析了两种标定方式结果。在此实验基础上对实验室自研的传感器进行了标定,得到了传感器的参考灵敏度。

MEMS高G值加速度传感器设计

针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高g值梁岛结构加速度传感器,结构中采用在质量块背部KOH腐蚀的方法,减轻质量块质量,且减小质量块质心与梁中心面的相对距离。利用力学计算与工艺相结合,确定了结构尺寸;通过Ansys软件对其进行应力分析、模态分析,得到了结构的输出灵敏度与一阶固有频率;最后利用瞬态分析验证了该结构能够承受20,000g的瞬态冲击,符合设计要求。

一种便携式高g值冲击试验装置的设计

为对惯性开关进行大于8 000 g的冲击检测,设计一种便携式冲击试验装置。根据弹性力学的赫兹理论,对该冲击试验装置进行了动力学分析,采用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)算法求解得到了结构参数与冲击特性的关系。采用Endevco2270标准传感器进行标定,标定结果满足设计要求,即该冲击试验装置可产生最大幅值约8 400 g,脉宽约110μs的冲击加速度信号,在同一高度测试的相对误差小于6%,具有良好的输出稳定性。该冲击试验装置体积小,质量轻,便于携带,维护简单,安全可靠,可用于小尺寸惯性器件冲击检测及抗冲击实验等。

一种压阻式三轴高g值加速度传感器的冲击校准

介绍了基于Hopkinson杆技术的激光光栅干涉法这种冲击加速度计的绝对校准方法,给出了加速度传感器灵敏度系数的两种标定公式。使用Hopkinson杆在约12000gn的加速度水平下应用上述校准方法对一种三轴压阻式高冲击微型加速度传感器的灵敏度进行了冲击校准。通过对校准结果的分析比较了两种灵敏度标定公式的优缺点,并对传感器的横向响应作了讨论。

高g值加速度动态线性测试冲击方法仿真分析研究

高g值加速度传感器动态线性测试描述了传感器的输入、输出以及频率三者之间的关系,反映了在某一特定频率下传感器的线性特性。基于霍普金森杆校准系统动态线性测试的一个关键技术是通过实现内弹外弹两粒弹丸的同步撞击,以此来实现两子弹作用于杆上的冲击加速度脉冲的频率相同,实现加速度传感器动态线性测试。本文基于动态线性测试方法,对子弹的同步撞击方法与子弹形状进行了仿真与实验研究。结果表明:实验室无法实现内外弹的同速异步撞击;将用于动态线性测试的内外弹绑定和改变内外弹截面积对第1次压缩波基本没有影响;该结论为利用霍普金森杆做加速度传感器动态校准提供了理论基础和现实依据。

一种高g值微冲击开关的研制

采用微机电系统(MEMS)技术设计制作了一种微冲击开关,其敏感元件由悬臂梁支撑的质量块和其下的微触点构成。在冲击加速度作用下,质量块与触点碰撞实现接通。开关芯片体积为5 mm×5 mm×0.5 mm,动作门限3 000g,响应时间84μs,能承受极端的高冲击而不破坏。

高g值加速度校准激励脉冲的横向激光干涉测量方法

为了准确测量高g值加速度传感器校准激励脉冲的幅值和持续时间,研究了基于激光多普勒的加速度脉冲测量方法。在分析激光多普勒原理的基础上,设计了以光栅为合作目标的激光测速仪;针对干涉仪输出的存在零点漂移的多普勒信号,提出了基于多项式拟合和希尔伯特变换的局部均值分解法;利用该方法对实测多普勒信号进行了解算,得到了激励加速度脉冲;分析了由干涉仪及其合作目标引起的加速度脉冲的幅值和脉宽测量不确定度。实测数据表明:该方法在包含因子k=2时幅值测量的扩展不确定度为U=3%,脉宽测量的扩展不确定度为U=4.8%。测量精度符合ISO16063-13(2001)规定的指标。

高G值着陆冲击下头、颈、胸、脊椎损伤因子及评价指标的研究

目的:研究在+Gx和+Gz复合冲击作用下,人体响应和损伤的一般特点。方法:通过HybridIII型假人,在航天返回舱座椅环境中,进行不同输入量级的复合冲击实验和相关的数据分析。结果:实验数据呈现出良好的一致性。在6～30g不同输入加速度情况下,随输入加速度的增加,人体头、颈、胸、脊椎等部位的响应损伤均分别呈现良好的二次线性响应增长规律,R2在0.9以上。结合不同的评价指标,分别进行了损伤因子评价分析,从而获得了不同身体部位损伤评价的影响程度。结论:头、颈、胸、脊椎等不同身体部位的冲击响应损伤规律不同,针对损伤敏感部位进行高G值复合着陆冲击下的损伤规律和防护原则研究是必要的。

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。

一种压阻式高g值加速度传感器

讨论了硅的压阻效应 ,利用简化的力学模型设计了高 g值压阻加速度传感器的结构参数、工艺流程和版图 ,并制备出样品 ,测试结果表明本传感器加速度可大于 80 0 0 g。