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。

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。

摩擦对引信后坐保险件解除保险特性的影响

针对引信单自由度直线运动后坐保险机构设计优化问题,开展不同摩擦条件下侧压簧对惯性筒动态响应特性的影响研究。运用刚体动力学理论和ADAMS刚体动力学仿真软件,研究侧压簧即被保险件预压簧作用于后坐保险件上的摩擦力对后坐保险件在发射和跌落时动态响应特性的影响。得到有侧压簧即被保险件预压簧作用时后坐保险件在多种不同冲击过载作用下的位移响应和速度响应。研究结果表明:被保险件对后坐保险件的摩擦缓释效应有利于提高后坐保险机构的跌落安全性,而对后坐保险机构发射时正常解除保险影响十分有限;通过优化被保险件预压簧的预压抗力和/或被保险件与后坐保险件之间的摩擦系数,可使引信后坐保险机构的跌落安全性得到改善。

坠落冲击环境下引信保险系统的可靠性仿真

安全性是引信最基本的要求之一。该文以某引信冗余保险系统为例 ,对其进行了不同落高、水泥、沥青、土壤和钢板介质、45°倾斜坠落实验。在此基础上 ,建立引信独立冗余保险系统的动力学模型 ,并进行了可靠性数值仿真。

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。

美国典型MEMS引信安全保险装置分析

通过分析归纳美国近年来出现的典型MEMS引信安全保险装置,了解了其结构特点和作用原理,为我国MEMS引信的发展提供了建议。

基于MEMS的引信保险机构综合分析

介绍了基于MEMS的引信保险(S&A)机构的应用背景和基于MEMS引信保险机构的设计构思,分析了两种典型的保险机构的原理和作用过程;还介绍了两种主要加工工艺及其存在的问题,最后对MEMS引信保险机构的技术发展作了展望。

引信全电子安全系统状态控制器的设计原则和方法

介绍了引信电子安全与解除保险系统状态控制器的结构种类和基本功能，提出了状态控制器设计应遵循时序设计、安全监测设计、故障处理设计、状态可观性设计、电磁兼容性设计、工作可靠性设计等6个原则。以状态控制器的设计为例，说明如何体现这些设计原则。

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)。

引信微机电安全系统的可靠性分析与改进

在引信微机电(MEMS)安全系统结构设计与仿真分析的基础上,对其开展了量化的工作可靠性水平评估,并进行设计方案的改进和试验验证。针对小口径弹药引信的工作环境特点,给出MEMS安全系统的设计方案和关键结构的设计要求,并利用有限元仿真分析初步确定设计方案的可行性。同时,为在结构仿真分析的基础上开展定量的可靠性分析,提出基于有限元法的结构可靠性仿真方法及其实现流程,并以ANSYS软件为例提出CAE程序的集成方法和实现步骤,解决可靠性分析程序对有限元软件工具的自动调用问题。综合考虑载荷、结构尺寸和材料参数等因素的随机性,分析关键结构的可靠性水平和主要的影响因素,并据此给出了增加电推冲器装药量、控制关键尺寸的变异系数和取消闭锁机构等改进建议。加工MEMS安全系统的实物样机,并通过试验验证了该设计方案的可行性。

引信MEMS安全系统研究

针对微机电系统(MEMS)加工技术的特点,对引信MEMS安全系统的两种结构形式及其特点进行分析,提出在进行MEMS安全系统设计时应注意和需要解决的一些问题。

基于MEMS工艺的起爆序列设计研究

针对引信微小型化、轻量化设计的需求,本文采用微雷管驱动飞片冲击起爆传爆药的能量放大方式设计的起爆序列主要由起爆控制电路、微雷管、飞片、安全保险机构、传爆药等,采用表面微加工工艺、深硅刻蚀等工艺完成了微雷管的制作,采用UV-LIGA工艺完成了安全保险机构的制作。采用光子多普勒测速仪(PDV)对微雷管装药参数、传爆空腔参数、飞片参数与飞片速度关系规律的研究,获得了传爆序列的优化设计参数,即微雷管装药直径1.0 mm,装药密度2.1 g/cm^(3),传爆空腔尺寸Φ1.0 mm×H1.0 mm,飞片厚度为30μm。

引信后坐保险机构斜置设计方案

针对引信后坐保险机构安全和可靠解除保险之间的矛盾,提出了引信后坐保险机构斜置设计方案。该方案是将传统的轴线与引信轴线平行或重合的后坐保险机构相对于引信轴线斜置一定角度设置。应用刚体动力学理论分析了引信后坐保险机构斜置设计动态特性,并给出了算例。仿真验证结果表明:后坐保险机构斜置设计有助于提高勤务处理弹丸和引信意外跌落时引信安全性,即有助于提高引信防止意外解除保险的性能,而正常解除保险性能不会受到影响。

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。

磁流变技术在引信安全系统中应用探讨

利用磁流变体智能材料的特性,研究和开发一种新型的引信磁流变体延期解除保险机构,建立了引信磁流变体延期解除保险机构数学模型,进行了理论分析和实验验证,为磁流变体智能材料在引信中应用提供了参考。

一种MEMS保险机构的工艺模拟和静态特性仿真分析

该文依据引信安全系统设计准则,设计了一种引信用MEMS保险机构。通过分析该机构的工作原理和作用过程可知,该机构可以满足引信依据双环境信息解除保险的安全性设计要求。采用仿真软件CoventorWare对该MEMS机构进行了工艺模拟和仿真,给出该MEMS保险机构的UV-LIGA加工工艺过程。UV-LIGA加工工艺中分别采用2次微电铸过程,得到固连在基板上的运动机构。最后借助ANSYS对该保险机构的力学性能进行了有限元分析,分析结果表明,该机构能够在应力允许范围达到运动位移要求。

引信球转子起动时刻判定

在质心、形心与弹丸旋转轴三者均不重合的引信球转子解除保险运动过程动力学模型基础上讨论了球转子运动微分方程组求解的初始条件,建立了质心、形心及弹丸旋转轴均不重合时引信球转子起动时刻的受力平衡方程组。作为实例计算了某引信球转子解除保险运动的起动点。

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。

引信MEMS延时保险机构性能仿真分析

引信保险机构是否具有延时功能以区分后坐跌落和发射两种不同环境是引信保险机构的关键性能指标之一。基于MEMS制造工艺,结合引信安保机构安全性能的设计准则,提出了一种具有延时解保功能的MEMS引信保险机构。采用动力学仿真软件对后坐机构在跌落(15 000g和20 000g两种情况,300μs)和发射(10 000g,10ms)两种环境下的运动和动态特性进行仿真,并分析其结果曲线。结果表明,该保险机构在垂直跌落情况下(最不利的情况)不会解保,在发射后坐力的作用下则可安全解除保险,证明了该MEMS引信保险机构具有延时解保功能并且可以有效区分跌落和发射两种不同环境。