基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列技术研究进展

弹药信息化、智能化、小型化发展,对火工品提出了换能信息化、结构微型化、序列集成化的要求,微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）火工品技术孕育而生。近年来,随着微小型无人平台技术的发展,形成了新型微毁伤形式,对微起爆序列这一系统级MEMS火工品的应用提出了迫切的需求。本文侧重于微起爆序列的应用及要求,在微换能元设计及能量控制、微起爆能量控制及器件化、微传爆能量传递与隔爆控制、微起爆序列设计与集成及序列可靠性评估5个方面,对基于飞片冲击起爆原理的微起爆序列研究进展进行了总结。在此基础上,讨论了微起爆序列进一步发展的建议：深化微起爆传爆机理的基础研究;推进数字化工程,提升正向设计能力;加强大批量生产能力;加强微起爆序列样机的应用验证,提升技术成熟度。通过对微起爆序列技术现状的分析和未来发展的建议,以期为同行继续深入系统地开展微起爆序列技术研究、推动其应用进程提供有益参考。     

微起爆系统用MEMS安全保险装置研究现状与展望

火工品是武器系统的首发元件,火工品的安全性和可靠性直接影响着武器系统的安全性和可靠性。为了满足弹药微型化、集成化的发展要求,需要将引信与火工品进一步融合,形成具有高安全性、高可靠性、多功能一体化集成特点的微起爆系统,微机电系统(Micro?Electro?Mechanical System,MEMS)安全与解除保险装置是其中的关键技术之一。总结了近年来微小型引信与微起爆系统中MEMS安全与解除保险装置的发展概况,从装置材料、装置尺寸、驱动原理、驱动条件、输出效能、应用平台等多个方面进行对比分析,并结合火工品起爆系统结构、尺寸情况,提出“内置MEMS安保装置的微起爆系统”的作用原理。这种具有内置安全保险装置的MEMS火工品符合下一代火工品的发展要求,也是火工品未来的主要发展方向之一。     

微机电灵巧起爆器研究

介绍了微机电起爆器的构成原理,分析了国内外研究现状,总结了微机电起爆器研究涉及的关键技术。结果表明,微机电灵巧雷管通过微机电技术、微纳米含能材料、微结构爆轰学的技术集成,实现了火工品部件微型化、结构集成化、功能灵巧化,易于形成通用的标准化起爆模块。     

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21 000 g、转速6 000 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。     

MEMS火工品换能元的研究进展

换能元作为微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品的核心部件,是MEMS火工品安全性和可靠性的重要影响因素,对整个武器系统的影响也是不可忽视的。文中从换能元的基底和电阻材料研究、结构设计等角度,综述了近年来MEMS火工品换能元的最新发展研究。介绍了MEMS火工品换能元的两大关键技术:MEMS火工品换能元的设计制备方法以及换能元性能参数的测试表征。指出:具有微型化、集成化、多功能化和高可靠性的MEMS火工品换能元是未来研究的热点。为M EM S火工品换能元的设计研究提供理论支撑,应加强微尺度下的热散失特性以及桥区电阻特性研究。认为复合含能薄膜桥换能元是MEMS火工品换能元的一个重要发展方向。     

第四代火工品部分概念初步探讨

针对第四代火工品的典型结构组成,探讨了其基础研究过程中涉及的部分概念,主要包括MEMS火工品、微纳结构药剂、微结构换能元、原位装药技术、直写墨水药剂、微含能芯片和微起爆序列等,为第四代火工品的发展提供技术支持。     

Ni-Cr薄膜换能元点火性能研究

针对微火工品和微推进器集成化的发展需求,以及制作工艺与MEMS、半导体工艺相兼容并能实现低能发火的要求,对Ni-Cr薄膜换能元进行了研究,设计制作了几种不同桥区尺寸和薄膜厚度的Ni-Cr薄膜换能元,并对其电发火性能进行了测试.结果表明:在同一桥区尺寸的条件下,Ni-Cr薄膜发火感度随桥膜厚度的增加而升高;在相同的桥膜厚...     

爆炸箔起爆器作用机理研究进展

从金属桥箔电爆炸、电爆炸驱动飞片和飞片冲击起爆炸药三个方面,综述了爆炸箔起爆器作用机理的研究进展。认为:爆炸箔起爆器在分段式电阻率模型、先进飞片测速技术、基于能量转化系数的电爆炸驱动飞片速度计算模型和基于临界起爆判据的感度预测等方面取得了重要进展,获得了一些规律性认识,一定程度上促进了其低能化设计。指出:小尺寸条件下电爆炸驱动飞片过程中的能量耗散及飞片烧蚀的定量描述、飞片在飞行中的瞬时形态、爆炸箔起爆器小尺寸装药的非理性爆轰性能预测、波阵面后微流场观测技术将成为爆炸箔起爆器未来研究的重点。     

厚度对MEMS换能元薄膜电阻率的影响研究

为完善微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)火工品薄膜换能元设计理论,减小微尺度下换能元参数的设计误差,保证设计电阻及MEMS火工品的作用性能,理论分析了微尺度下薄膜电阻率的影响因素,采用磁控溅射进行了不同材料(Al、W、Cr、Ni-Cr)、不同微纳米厚度(2μm)薄膜的制备,并对不同厚度薄膜的电阻率参数进行表征,揭示了微纳尺度下电阻率的尺度效应规律,获得了相应的拐点数据。     

一种高安全性钝感电起爆器的设计

针对某钝感电起爆器1.5A/2.25W5min不发火的钝感要求和通6A/20ms直流电流可靠发火的要求,通过分析影响电起爆器安全性、发火可靠性及作用时间的影响因素,进行了相关设计及试验。研究表明:合理的散热结构与桥路设计,以及钝感耐高温药剂设计可满足高安全性与可靠发火要求;点火药剂中金属锆粉粒度小于2μm、粘合剂氟橡胶含量为0.5%、压药压力为85MPa时,发火时间精度最佳。该设计为电起爆器类火工品的钝感化研究提供一种新的思路。     

硅基微雷管的原位装药及性能研究

微机电安全保险机构芯片化集成技术的发展,对基于微机电制造工艺的硅基微雷管提出了需求,雷管装药尺寸的减小要求含能材料感度高、起爆威力大。为解决微小尺寸敏感药剂装填的技术难题,文中采用原位生成多孔叠氮化铜的方法,对硅基微雷管进行装药研究。依据GJB/Z 377A-1994 感度试验用兰利法测试硅基微雷管的发火感度,使用电流环测试硅基微雷管发火实际利用的能量,同时对输出威力进行定性测试。测试结果表明：发火电路用充电电容为33 μF时,硅基微雷管的平均发火电压为7.89 V,输出威力可以起爆六硝基杂异伍兹烷(CL-20)装药。     

MEMS用含能薄膜研究现状及进展

在综合分析国内外含能薄膜相关文献的基础上,认为金属复合含能薄膜桥、含能半导体桥及纳米多孔硅/氧化剂复合薄膜制作工艺与微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)器件制备技术具有良好的兼容性,在此基础上阐述了上述三种薄膜材料的制备方法及输出特性,认为MEMS火工装置为火工技术的发展提供了一个重要的研究方向。     

面向低成本发展战略的导弹火工系统货架建设

低成本发展战略是战术导弹发展的重要趋势。本文从导弹总体设计角度,对火工品进行了功能性和系统化梳理,给出了火工品总体设计要求;基于火工品基本型和关键属性辨识,提出了火工系统选型货架以及基于产品化思想的火工系统货架产品架构方案;最后从技术和管理两方面提出了导弹武器火工系统货架产品的低成本发展战略构想。     

烟火药做功能力测试研究

参照炸药做功能力试验,采用铅壔法对雷药、黑火药和红光剂3种粉状烟火药的做功能力进行了测试研究。从点火方式、铅壔温度、药剂类型三方面入手,分别研究了其对药剂做功能力的影响。研究结果表明:装药密度≤1.047g.cm-3的情况下可用电雷管起爆来达到烟火药的稳定爆轰;铅壔温度必须严格修正以便于试验结果统一比较;被测药剂中,使铅壔扩孔值变化最大的是雷药,做功能力为113.29mL,黑火药和红光剂相对较小,做功能力分别为51.20mL和51.60mL。     

偶氮四唑非金属盐类含能材料的合成与性能研究

以5-氨基四唑(5-AT)为起始物,经两步反应得到了数种偶氮四唑非金属盐类高氮含能化合物,包括偶氮四唑的胍盐(GZT)、氨基胍盐(AGZT)、二氨基胍盐(DAGZT)及三氨基胍盐(TAGZT)等;对合成产物和偶氮四唑肼盐(HZT)、铵盐(AZT)的基本理化性能和爆炸性能进行了研究。研究表明:此类高氮含能材料生成焓高、产气量大、热稳定性较好、分解放热量大,有望作为新型气体发生剂、低特征信号推进剂、低烟或无烟烟火以及高性能炸药的重要组成。     

基于MEMS的微引信谐振器系统级设计

在微机电系统集成设计平台-MEMS Garden基础上，搭建MEMS微引信谐振器的系统级模型，并利用有限元仿真计算2种方法并对模型进行有效性验证，完成谐振器的结构设计，再由仿真得到结构性能参数。研究结果表明，采用系统级方法进行MEMS器件的设计能够在确保求解精度的前提下，显著提高设计效率，缩短设计周期，减小设计成本；所设计的MEMS微引信谐振器的各项性能指标完全能满足引信安全系统的应用要求。     

一种无硫烟花发射药的开发及应用研究

利用模拟烟火药在定容、密闭条件下的数值计算方法,开发了1种以新型还原剂、硝酸钾为主的新型无硫烟花发射药配方。对该发射药的安全性能及使用性能进行测试,结果表明新型发射药的撞击感度、爆发点及静电感度安全性能均优于传统黑火药,且其压力上升速度、做功能力大于传统黑火药。     

火ェ品压药系统缓冲器有限元分析与应用

针对火工品压药过程中存在的非线性和蠕变特性,提出用一种特殊的结构简单的线性缓冲器改善过程特性。为了分析缓冲器的各项性能,建立了有限元应力分析模型,通过有限元软件平台对不同几何特征的模型的静载强度和屈服极限进行了数值分析。根据分析结果得出缓冲器几何特征与弹簧刚度之间的关系,并进行部分对比试验研究,证明了本文方法的有效性。根据分析试验结果设计制造了缓冲器,应用于火工品自动压药系统中。应用结果表明,该方法能有效提高火工品压药精度。     

含能配位化合物的研究进展及其应用

含能配位化合物(Energy Coordination Compound,ECC)具有不同金属元素与配体之间配位方式多样化的特点,预期可获得性能可调控的含能材料,因此成为近十几年来的研究热点之一.本文综述了不同配体组装ECC的方式和类型,ECC及其功能材料在作为起爆药、推进剂催化剂、铝热剂的可燃剂和氧化剂、烟火着色剂方...