基于动电极翻转的MEMS万向惯性开关

针对现有的MEMS惯性开关万向性能较差,无法满足引信在大着角情况下可靠作用要求的问题,提出了基于动电极翻转的MEMS万向惯性开关。该开关采用周向分布弹簧支撑可翻转一定角度的圆形动电极,开关盖板为固定电极。由于动电极质心高于弹簧质心,在引信大着角撞击目标时,惯性力的分量会产生翻转力矩,使得动电极能够翻转一定角度与固定电极接触,增大了惯性开关的响应角度。仿真和试验结果表明,采用该结构惯性开关的响应角度能够达到120°。为引信实现大着角情况下的可靠响应提供设计参考。     

平面万向双阈值MEMS惯性开关

针对现有惯性开关阈值单一导致应用范围受限的问题,设计了平面万向双阈值MEMS惯性开关。该开关由弹簧质量块和两组弹性电极构成,采用周边弹簧支撑中心环形质量块的形式,低阈值弹性电极布置在环形质量块外部,高阈值弹性电极布置在环形质量块内部,两级阈值分别为450 g和900 g。仿真分析表明,方向差异引起的低阈值散布范围为-12%~-5%,高阈值散布范围为-23%~-12%;在幅值450 g、脉宽1ms载荷下敏感平面内最短接触时间70μs,在幅值900 g、脉宽1ms载荷下敏感平面内最短接触时间15μs。     

可识别载荷方位区间的MEMS万向惯性开关

针对现有MEMS万向惯性开关不具备识别冲击载荷方位的问题,提出了可识别载荷方位区间的MEMS万向惯性开关。该开关主要由惯性质量块,四个独立的径向电极和一个轴向电极组成。通过采用特殊形状的惯性质量块以及在空间上合理布置四个相互独立的径向电极和一个轴向电极,开关可以依靠不同的电极闭合状态达到识别载荷方位区间的目的。仿真结果表明,所设计的万向惯性开关能够有效识别加速度载荷的空间方位且具有良好的抗过载性能。     

飞片型爆炸闭合开关的设计与应用

飞片型爆炸闭合开关可用做高功率闭合开关,因其结构简单,电流导通能力强,闭合迅速而适用于爆磁压缩发生器的爆炸开关同步.阐述了飞片型爆炸闭合开关的基本原理,进行了一种飞片型爆炸闭合开关的结构设计,根据选取的参数并进行了开关时间参数的计算.计算结果显示开关中飞片的飞行时间可以控制在10μs之内,开关的闭合时间可精确到μs.介绍了如何利用飞片型爆炸闭合开关实现爆磁压缩发生器的爆炸同步.     

MEMS万向开关加工误差分析

为了研究加工误差对万向开关响应阈值的影响，推导出了惯性开关响应阈值的计算公式，带入设计参数值计算得到的结果为391 g，对样品开关的实际响应阈值进行了冲击台跌落试验，实验结果220 g，误差－43．7％。对影响响应阈值的各项尺寸进行测量，其中S型悬臂梁的线宽B误差最明显，测量值26．4μm，小于设计许可值30μm，误差为－12％，由阈值公式，该误差引起的响应阈值误差高达－30％。最终得出结论，由于S型悬臂梁的线宽B尺寸较小，加工时容易产生较大误差，悬臂梁的刚度与线宽B的立方成正比，因此线宽B是影响开关响应阈值的主要因素。     

引信触发开关动态特性优化方法

针对部分机电引信瞎火原因不明的实际问题,提出引信触发开关动态特性优化方法。该方法分别通过有限元仿真和实验验证两种手段对安装机电引信的弹丸侵彻木质靶板过程进行了研究,得到了不同结构形态触发开关着靶过程中的动态特性。仿真和实验验证结果表明,通过适当地选取电极的形状和尺寸,该开关可以满足以200 m/s垂直侵彻25 mm松木板的情况下开关连通,以250 m/s垂直侵彻3 mm胶合板的情况下开关不连通的设计要求。在设计过程中可以通过适当减小外电极的厚度,将圆形头部电极改为锥形或采用实心电极等方法来提高引信的瞬发度。     

MEMS电热常闭开关的设计和性能研究

针对低能、微小型起爆系统在勤务处理中的安全性问题,开展了MEMS电热常闭开关技术研究。通过Ansys分析软件建立了MEMS电热常闭开关仿真模型,对MEMS电热常闭开关换能元及其电热性能进行了仿真计算,得到了MEMS电热常闭开关的设计方案。通过MEMS加工工艺制作了MEMS电热常闭开关,并测试其性能。结果表明,仿真计算结果与试验结果吻合,MEMS电热常闭开关实现了通-断转换,开关的最低作用电流为0.19A。     

三角形截面易碎穿甲弹靶后破碎特征

为研究三角形截面易碎穿甲弹的靶后破碎特征,以相同横截面积大小和杆长的圆形截面易碎穿甲弹为参照对象,对两种不同截面弹丸进行着靶速度为800~1 200 m/s和着靶角度为0~45°的靶后破碎特征试验,并采用AUTODYN分析软件对相同工况进行数值模拟。结果表明:三角形截面相较于圆形截面,弹丸的破片增量由800 m/s时的15.9%提高到1 000 m/s时的30.9%;随着靶角度的增大,三角形截面相较于圆形截面,弹丸的破片增量由0°着角时的29.0%减小到45°着角时的23.6%。试验与仿真结果吻合较好。     

一种用于光电平台的传递对准方案设计

针对某机载光电平台高精度长航时测姿问题,设计一种载机主惯导与光电平台子惯导之间的动基座传递对准方案。方案采用主子惯导间的速度+方位角匹配模式,利用反馈校正方式来实现对MEMS惯导的长时间高精度的对准。文中给出了对准算法的数学模型、数据同步的方法等,并经仿真表明:在1800s时间内,飞机自由飞行条件下,MEMS子惯导的姿态、航向的对准误差均可控制在0.1°左右。说明本方案可行,具有较好的工程应用价值。     

电子时间引信后坐开关闭合阈值的选择方法

针对发射前供能,并利用后坐开关闭合启动计时的电子时间引信计时起点精度差的问题提出了提高电子时间引信计时精度的后坐开关闭合阈值选择方法。该方法得出在合理的阈值选择范围内,开关闭合阈值应选的越大越好,以保证弹丸膛内运动时间较高的补偿精度,提高电子时间引信计时精度。以85 mm 坦克炮弹为例,仿真验证表明,高低温对弹丸膛内运动时间的影响最显著,其他影响因素相对较小,当选取10000 g作为该弹药的开关闭合阈值设计目标值时,在补偿时间固定后,散布较小。     

基于视觉对准的非硅MEMS 微小型结构件微装配系统

为满足非硅MEMS微小型结构件的高精度柔性装配需求,设计一种基于正交光路分时成像视觉对准的机器人串行微装配系统。介绍目前微小型结构、非硅MEMS和机器人微装配系统的发展概况,给出其总体结构组成及典型装配过程,重点分析视觉对准系统摄像机标定方法,对标定误差进行分析,最后对装配系统进行非硅MEMS典型零件装配实验分析。结果表明:所设计的装配系统视觉系统检测精度≤5.5μm,能满足一般精度的非硅MEMS微小型结构件装配要求。     

惯性触发开关动态特性与引信弹道炸分析

针对70mm航空火箭杀爆弹引信弹道炸问题,提出了刚体动力学理论分析和ADAMS动力学仿真相结合的方法,对其惯性触发开关动态特性和弹道安全性进行分析。外弹道环境分析表明:万向发火的惯性触发开关闭合阈值设计不能忽略弹丸绕质心运动产生的径向惯性力。仿真计算和理论分析结果均表明:弹簧抗力和结构尺寸偏差对惯性触发开关闭合阈值影响较大,惯性触发开关实际闭合阈值可能超出设计范围。弹道安全性仿真和振动试验结果表明:惯性触发开关对弹道振动冲击的响应是敏感的,其闭合阈值下限偏低,与弹道振动冲击过载接近,弹道环境适应能力明显不足,若发生多次共振或高频振荡皆有可能引起弹道炸。     

动态加载条件下冷轧5A06铝合金显微组织研究

以80%冷变形5A06铝合金为试验材料,利用分离式Hopkinson压杆加载装置(SHPB)进行动态冲击压缩试验,探讨高速形变响应规律,分析其动态力学行为;利用透射电子显微镜技术观察位错界面结构的变化,分析位错界面的高速形变响应。结果表明:预变形5A06铝合金在塑性变形前已发生绝热剪切行为,致使合金强度下降;初始位错界面成为高速形变过程中位错滑移的主要障碍;冲击前后,位错界面结构方向由与轧向平行演变为与轧向呈10°~20°夹角,位错界面间距由0.25μm演变为0.10~0.15μm。     

爆炸平面开关的设计及研究

为了进一步减小爆炸箔起爆器系统体积,并降低生产成本,设计并制备了一种爆炸平面开关,并对该爆炸平面开关的电极间隙和放电特性进行研究.结果表明:随着间隙电极的间隙距离减小,其开关的作用时间缩短;对于同一起爆电压的爆炸平面开关,随着放电电极间隙的增大,其冲击片雷管的爆发电流呈下降趋势.     

HTPE推进剂机械刺激下的安全性研究

为研究HTPE推进剂在机械刺激下的安全性，采用BAM撞击感度仪和摩擦感度仪测试了其临界撞击能量和临界摩擦力，参考北约STANAG 4496标准对其进行破片撞击试验，测试其在不同破片撞击速度、不同破片撞击角度下的响应等级。结果表明：该HTPE推进剂的临界撞击能量为7J，其在撞击刺激下的安全性高于常规丁羟推进剂，临界摩擦力为54N，对摩擦刺激敏感；撞击角度90°时，破片速度增大（2 100～2 300 m/s）,HTPE推进剂响应等级均为V类（燃烧）；破片速度为1 850 m/s、撞击角度60°时，HTPE推进剂响应等级为Ⅲ类（爆炸）；撞击角度由90°转为60°时，HTPE推进剂受到的摩擦作用增强，响应等级由燃烧转为爆炸，其破片撞击安全性下降。     

双喷嘴气动喷撒烟幕粒子的撞击成烟特性研究

为改善气动喷撒时烟幕的分散效果,采用自行设计的气动喷撒装置,对铜粉基烟幕粒子的撞击成烟特性进行了实验研究。结果表明,相对于单喷嘴,双喷嘴喷撒时烟幕平均扩散速度降低了39%,烟幕扩张角增大了160%;当喷嘴间角度为150°、120°、90°和60°时,对应的烟幕平均扩散速度分别为0.5m/s、0.8m/s、1.1m/s和1.6m/s,烟幕扩张角为60.2°、57.4°、45.8°和44.3°。随着喷嘴间角度的减小,烟幕平均扩散速度逐渐增大,烟幕扩张角逐渐减小;持续喷撒一定时间,烟幕最大面密度随喷嘴间角度的减小逐渐减小,烟幕遮蔽效能变差。     

典型舰艇设备在水下爆炸作用下的安全距离

运用有限元分析程序ABAQUS对某型舰艇进行冲击响应的数值模拟,分析爆炸攻角给舰船结构和设备动态响应带来的影响。重点分析了舰船设备在水下爆炸作用下的安全距离,得出:水下爆炸载荷作用下舰船结构响应具有局部性,垂直迎爆时船体的受冲击范围和强度较大;同等炸药量、相同爆炸距离时,辅机垂向瞬时加速度响应随着爆炸攻角的减小而减小,而垂向剩余加速度响应则是60°时最大,90°时略小,30°时最小;同一炸药量时,辅机安全距离也是60°时最大,90°时略小,30°时最小。     

微芯片爆炸箔起爆器及其平面高压开关研究进展

爆炸箔起爆系统（Exploding Foil Initiator system, EFIs）的每一次技术升级都伴随着设计理念和制造工艺的革新,尤其是微机电系统（Micro Electro Mechanical System, MEMS）和低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC）工艺,极大地促进了微芯片爆炸箔起爆系统（Micro Chip Exploding Foil Initiator system, McEFIs）的发展。简要分析了两种工艺制备微芯片爆炸箔起爆器（Micro Chip Exploding Foil Initiator, McEFI）的优缺点,列举了几种平面高压开关在电容放电单元（Capacitor Discharge Unit, CDU）中的工作性能,得出了开关的设计思路和研究方法的可行性。基于MEMS工艺和LTCC工艺制备及研究McEFI、平面高压开关和平面高压开关集成McEFI,分别总结了国内外的研究进展。提出了重点研究方向：深入研究MEMS工艺制备McEFI及其平面高压开关,以达到工程化应用;采用LTCC工艺,一体化烧结可制备具有独石结构的平面高压开关和McEFI。     

基于弱可观状态分离估计的机载灵巧弹药快速传递对准方法

为了解决机载灵巧弹药微机电系统(MEMS)惯性导航传递对准时间过长、严重制约载机安全的问题,提出了MEMS陀螺零偏两点估计算法和弱可观测状态分离估计的快速传递对准算法。该方法基于对Kain等^［1］提出的速度+姿态匹配快速传递算法的可观测度分析,解决了陀螺零偏弱可观测状态的分离估计。采用系统噪声变分贝叶斯-卡尔曼滤波自适应算法处理快速传递对准算法中分离估计器参数对滤波器收敛的影响。仿真和靶场试验结果表明,在2.5 s内两点估计法估计准确度至少达到88%,对应的传递对准时间缩短到8 s.     

间隙厚度对改进爆炸零门可靠性窗口的影响

为了获得不同间隙厚度下爆炸零门可靠作用的时间窗口,通过LS-DYNA软件和试验,进行了装药尺寸为0.6 mm×0.6 mm,间隙厚度为0.6~1.1 mm的含圆形空气隙的改进爆炸零门的数值模拟和实验研究。仿真结果表明,间隙厚度小于1.0 mm,爆炸零门关闭时间不超过0.9μs,但随着间隙厚度的增加,爆炸零门成功关闭的概率会大幅度下降,甚至在1.1 mm时,爆炸零门失效。试验结果与仿真结果具有一致的规律性,间隙厚度达到1.0 mm时,零门可靠作用的时间窗口为[4.0μs,+∞);间隙厚度为1.1mm时,零门的成功率较低。