引信微光机电系统安全系统研究现状与发展趋势

随着引信微小型化和智能化不断发展,电磁兼容性要求不断提升,对其安全系统提出了更高的要求。基于微光机电系统(MOEMS)技术的器件具有体积小、重量轻、能耗低、集成度高和可批量生产等特点,在引信安全系统中有较好的应用前景。对引信MOEMS安全系统的国内外研究现状开展分析,介绍了引信MOEMS安全系统的基本原理,分析了MOEMS安全系统驱动方式、加工与封装工艺、激光起爆技术与安全系统性能测试方法的现状与发展规律,归纳了当前引信MOEMS安全系统研制过程中亟待解决的问题,为推动MOEMS安全系统在火炮引信中的应用提供重要的借鉴。

电子安全系统解除保险逻辑设计与失效率计算

针对现代战争弹药越来越高的安全性要求,提出了新的电子安全系统解除保险逻辑设计方法,采用马尔科夫理论对比计算了不同安全保险逻辑的意外解除保险概率,结果表明采用时间窗、两个环境信号控制一个开关和异常环境安全状态锁定的控制逻辑具有较高安全性。设计了基于双微控制器的全电子安全系统解除保险逻辑,并计算了考虑共因失效的不同安全控制逻辑装置组合意外解除保险概率,结果表明异质双核心逻辑控制装置安全性更高,失效率为7.5303×10^(-9),满足GJB 373B—2019《引信安全性设计准则》的要求。

基于MBSE的鱼雷全电子安全系统安全性与任务可靠性分析

随着武器装备研究的深入推进,传统方法难以满足复杂系统安全性与可靠性分析的需求;为提升系统研发与评估效率,以形式化的系统建模语言分析鱼雷全电子安全系统的安全性、可靠性成为必然趋势;文章在传统安全性与可靠性分析的基础上,基于系统工程开展安全系统建模过程,以功能需求、系统架构、活动视图以及时序逻辑控制作为安全性与作用可靠性分析的构成元素,对系统功能模型进行故障传播建模;最后以安全建模语言构建事故树模型得出安全性与可靠性的影响因素,为引信系统的安全性与可靠性分析工作提供一定参考价值。

基于FMEA的ESAD测试系统设计

针对当前引信电子安全系统(ESAD)测试效率低、无法定位故障点和原因、不便于后续修复改善的问题,设计了一种基于典型引信故障失效模式与影响分析(FMEA)的ESAD测试系统。根据FMEA方法分析得出引信故障信息表,通过I/O接口与数模转换模块按照上位机中装定的时序输出解除保险所需激励信号并实时监测其状态。根据监测状态判断ESAD是否存在故障,与故障信息表中的故障模式进行比对,将测试结果和对应故障信息展示在上位机中。该测试系统已应用在引信产品中,效果良好。

全电子安全系统失效率计算

针对全电子安全系统目前尚无统一的安全失效率分析模型的问题,提出一种全电子安全系统失效率的计算方法。给出了非通电状态、通电状态、一个静态开关闭合、两个静态开关闭合下全电子安全系统失效率计算方法。计算了几种典型全电子安全系统的安全失效率,并比较3种不同原理框图的全电子安全系统在上述状态下的安全失效率,说明在详细设计前如何在框图级评估安全失效率。计算结果表明:在非通电条件下全电子安全系统比一般机电、机械型安全系统的安全失效率可降低两个数量级;在通电状态下,全电子安全系统的安全失效率取决于解除保险、解除隔离环境识别器件或组件的故障率水平和环境信息获取及利用的水平;当信噪比为3、时间窗为1/10时,全电子安全系统安全失效率降至与机械/机电安全系统相当的水平。因此,解除保险/解除隔离环境信息获取和利用,环境识别器件或组件的低故障率和失效模式控制始终是引信安全控制的关键技术。

基于电子安全系统的巡飞弹引信多态安全逻辑控制方法设计及验证

为适应巡飞弹群集群作战时安全状态的转换,针对可靠实现保险恢复及再解保的安全控制需求,提出并设计了基于电子安全系统的巡飞弹引信多态安全逻辑控制方法。根据电子安全系统的结构,确定电子安全系统两个现场可编程门阵列(FPGA)之间的输入输出关系及多态安全逻辑控制流程。基于设定的解保逻辑,分析并计算引信安全系统在发射前的意外失效率,其满足引信安全性准则要求。设计FPGA内部运行的状态机来控制巡飞弹引信状态的转换,通过仿真与试验验证在环境信号正常出现时各级保险可正常解除,当环境信号错误出现以及恢复保险等情况下各解保信号与状态也可以按照设定转变。研究结果表明,安全系统可按照预定逻辑实现安全状态控制,满足巡飞弹的作战需求。

电子安全系统备用解除保险模块逻辑设计

基于引信电子安全与解除保险装置所强调的安全性与可靠性设计思想,提出了一种备用解除保险模块的设计方案。该设计方案针对电子安全与解除保险装置中双逻辑控制芯片的组成结构,在实现原有逻辑控制功能的基础上,利用逻辑控制芯片上剩余的硬件资源,同时对电子开关电路进行优化,实现了在任何一片逻辑控制芯片失效的情况下,另一片芯片依靠备用逻辑控制模块仍能完成解除保险工作。使用FPGA芯片搭建功能验证电路,并通过测试软件对模块预设功能进行时序仿真验证。(运用马尔可夫理论,对所设计的备用保险模块的保险与解除保险逻辑进行分析验证,能够满足提高引信安全性的要求)该模块在保证原有电子安全与解除保险装置结构与功能的同时,提高了安全性与抗干扰能力,对电子安全系统的安全性冗余设计提供新的思路。

引信电子安全与解除保险装置发展现状及趋势

介绍了引信电子安全与解除保险装置组成及其技术特点,综述了其国内外发展现状和趋势,提出了其将向小型化和集成化、抗高过载、制导引信一体化、引信点火系统一体化等技术方向发展,以进一步提高武器系统引信的安全性、可靠性、可测试性。最后,根据国内研究现状,给出了下一步发展建议。

基于三个环境信号的引信电子安全系统安全性分析

解除保险逻辑的设计是保证电子安全系统高安全性的重要步骤。本文针对实际设计中引信电子安全系统可能采用的五种解除保险逻辑模式安全性进行了分析、比较和排序。指出电子安全系统的三个独立的电子开关采用加两个时间窗、且同时闭合的控制模式是这五种之中安全性最高的。

从美军标看我国引信安全性的差距

针对我国引信安全性技术和管理方面存在的问题,分析了我国与美国的差距,得出“在引信安全性方面,越是先进的技术,我国和美国的差距越大,支持引信技术创新发展的技术基础的差距可达20年,我国的技术差距有拉大的趋势”的结论.分析表明,技术基础薄弱、引信核心元器件水平低、缺乏有效的安全评估和审查是产生差距的主要原因.据此提出了相应的建立持续稳定地研究投入机制,建立我国引信安全性评估机制等措施建议.

引信安全系统及其功能范畴探讨

引信安全性设计是引信的核心技术之一,引信安全系统是引信安全性设计的主要体现形式。文中建立了引信安全系统的功能框架,结合引信安全系统与引信中其它子系统的关系,对引信安全系统在引信中的作用模式及其功能范畴进行了讨论。引信安全系统不是引信中一个独立的子系统,也不能简单地等同与引信中的保险与解除保险装置(机构)。

微起爆序列设计及传爆与隔爆性能

为满足引信微小型化发展的需求,基于微机电系统(MEMS)工艺技术设计了由微起爆器、飞片、MEMS安全保险机构等构成的微起爆序列。依照国家军用标准GJB 5309.17—2004(K)火工品试验方法:轴向输出测定铝块凹痕法,对微起爆器装药、安全保险机构传爆空腔等参数不同时内置MEMS安全保险机构起爆序列的传爆性能进行测试,获得微起爆序列理想的设计参数,即微起爆器装药密度为1.67 g/cm3、装药直径为2.0 mm、装药高度为1.5 mm,安全保险机构传爆空腔直径为1.0~2.0 mm、高度为0.65~1.50 mm.在序列优化设计基础上对微起爆序列隔爆性能及解除保险功能进行测试,发现当滑块厚度≮0.3 mm时序列正常隔爆,发射过载21000 g、转速6000 r/min条件下序列正常解除保险。结果表明,利用安全保险机构传爆空腔作为加速膛,采用微起爆器驱动飞片冲击起爆下一级装药的爆轰能量放大方式,实现了序列传爆、隔爆、解除保险功能,有效减少了起爆序列初级装药量和轴向尺寸。

引信全电子安全系统电磁兼容性改善方法

在引信全电子安全系统研究过程中,发现高频变压器的使用使得电路中产生脉冲电磁干扰,提出采用MOSFET隔离驱动、新型变压器、电源隔离等方法有望减小全电子安全系统电路脉冲电磁干扰,提高引信电磁兼容性,提高引信全电子安全系统的可靠性、安全性。

基于微光机电技术的引信电子安全系统控制方法

针对全电子安全系统电磁兼容性差的问题,根据系统安全性工程法遵循的第一原理,建立电子安全系统过程能量不相容原则,依据该原则提出了基于微光机电技术(MOEMS)的引信电子安全系统安全控制方法。该方法通过在电子安全系统中融入光纤和光学能量转换技术,采用具有特殊时域波形的高功率激光脉冲序列作为过程能量传输,并以多模光纤为能量传输介质,通过微机械保险实现系统光纤光路通断控制逻辑,最终基于砷化镓激光光伏电池完成高频高功率激光光电转换。理论分析与实验表明:基于MOEMS的电子安全系统安全控制方法能够有效降低引信系统内外电磁危害隐患,实现了微小体积条件下电子安全系统更好的电磁兼容性与更高的集成度。

引信全电子安全系统高压变换器分析与设计

引信全电子安全系统中的高压变换器的研究重点是解决好储能、充电速率、变换器体积与转换效率之间的相互关系。本文以单端反激式开关变换器为基础,进行电路暂态特性分析,归纳出在开关变换器设计中实现最佳控制的途径,并按文中得出的结论设计了一个高压变换器。

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。

改善步进电机低频特性的续流回路方法

步进电机在引信安全系统中是一种小功率的低频应用。而步进电机自身在低频段有振荡和走步轻重不一的现象,严重时低频振荡现象有可能发生共振,走步轻重不一现象会对弹上系统带来噪音等不利影响。续流回路调节绕组断电时电流下降速度,减少换路时电流变化的不一致性。仿真试验表明,这种方法改善了步进电机低频应用时的工作特性。

电和电磁环境对引信全电子安全系统的影响

针对全电子安全系统的特点,分析了主要电和电磁环境影响因素,建立了在电路不同节点引入静电、电流注入和电源线传导等激励与高压电容、雷管电压的传递函数,利用正态概率函数得出高压电容、雷管电压和安全失效率的关系,说明了这些激励下安全失效率的计算方法。由典型算例可知:在人体静电和电路正常情况下这些因素基本上不影响安全性,但是当静电能量达到直升机补给时或三个开关因故障而处于短路状态时可能会导致安全失效;按GJB 151B馈入CS114、CS106规定的电能时,若三个开关总耐压不够,可能会发生三个开关因击穿而处于短路状态导致安全失效。说明了全电子安全系统的初级、次级回路都应进行有效防护,次级回路防护应确保弹体表面可能产生的强静电没有引入全电子安全系统高压回路的潜在通道;初级回路的防护应确保在可信的电和电磁激励下满足三个开关耐压裕度要求,防护措施应保证耦合到高压电容或雷管上的电压在安全裕度以内。

直列式安全起爆系统电磁兼容性改善及安全性分析

鉴于直列式安全起爆系统在外界恶劣电磁环境下以及弹上电气工作时产生的涌浪电压、静电及电磁辐射等干扰因素,采用隔离设计、屏蔽电子线路、瞬态电压抑制器等方法减少电磁辐射、电磁干扰,改善了直列式安全起爆系统的电磁兼容性;并根据国军标电磁安全性评估方法,对直列式安全起爆系统在包装、裸露、工作状态下进行了电磁安全性测试分析。试验结果表明,通过电磁兼容改善后的直列式安全起爆系统在电磁辐射(EMR)、电磁干扰(EMI)、静电放电(ESD)环境危害中具有高安全性,完全满足大型战斗部对起爆技术的要求。

引信电子安全系统片上可编程测试仪通用性技术

针对现有电子安全系统测试仪体积大、操作烦琐、环境适应性差、不能通用等问题,提出了一种基于AVR单片机的电子安全系统测试仪通用设计方法。通过测试模式自动识别、通用通信协议、一键通测试等技术实现了目前六种引信的自动识别、自动判别引信合格。测试验证结果表明电子安全系统测试仪很好地满足了设计要求,其界面良好、功能完善、使用方便,且具有易于功能扩展、设计升级、易于系统维护等优点。