引信MEMS安全与解除保险机构电热驱动器

根据MEMS系统微小型化的要求,以引信MEMS安全与解除保险机构的驱动方式为研究对象,针对电磁驱动器结构尺寸大的缺点,提出一种新型电热微驱动器结构及其加工工艺。仿真表明,该电热微驱动器在3V电压下可以产生足够的位移直到完全解除保险,体积小,结构简单。     

MEMS悬臂卡锁式后坐保险机构

针对与弹轴平行放置的MEMS安全系统对传爆序列设计带来不便的问题,提出了可用于垂直于弹轴放置的MEMS安全系统的悬臂卡锁式后坐保险机构。通过理论分析与仿真分析相结合的研究方法验证MEMS悬臂卡锁式后坐保险机构的可行性。仿真结果表明,悬臂卡锁式后坐保险机构可以实现两种加速度环境的区分,保证意外跌落时引信处于安全状态,正常发射时第一道保险可靠解除,且悬臂卡锁式后坐保险机构采用UV-LIGA工艺与基板一体化加工,减小了装配环节,结构简单易于实现。     

圆形质量块/柔性电极MEMS万向触发开关

针对现有MEMS惯性开关各向响应不一致和闭合时间短等问题,设计了一个采用周边弹簧支撑中心圆形质量块、柔性支撑固定电极结构形式的引信用MEMS万向触发开关。仿真结果表明,开关响应时间不大于300μs。由于采用圆形质量块,开关对0°～90°不同着角的冲击都能可靠响应;由于采用柔性电极,开关的闭合时间从小于10μs延长到30μs以上。     

MEMS安全系统后坐保险机构设计

针对现有MEMS安全系统中后坐保险机构结构过于繁杂而带来加工不便、试件工艺过程应力复杂的问题,提出可用于MEMS安全系统的微惯性销后坐保险机构。通过理论分析与有限元分析相结合的研究方法验证微惯性销后坐保险机构的可行性。仿真结果表明,微惯性销后坐保险机构可以实现勤务跌落和正常发射环境的区分。并通过将微惯性销斜置,可以减小惯性销响应位移,使MEMS安全保险系统轴向更紧凑,符合MEMS安全系统对隔爆执行件轴向小尺寸的要求。相对于滑块式、悬臂梁式后坐保险机构,微惯性销后坐保险机构明显降低了结构复杂度以及改善了机构的加工性能。     

引信MEMS延期解除保险机构

针对传统引信延期解除保险机构结构尺寸大、保险距离短和延时时间散布大等问题,设计了根据弹道实时信息实现延期解除保险的MEMS指令锁延期保险机构。该机构由电推销器,金属簧片式柔性锁臂和活动腔组成,通过弹道实时信息控制电推销器发火,将柔性锁臂推入活动腔,实现延期解除保险的功能。分析了中大口径榴弹引信结构特征和发射内外弹道环境,模拟了电推销器的推力作用过程,利用ABAQUS有限元仿真软件对所设计结构进行仿真分析,对基于UV-LIGA工艺制作的原理样机进行了离心环境试验和电推销器配合试验。仿真和试验结果表明,该机构用于引信MEMS安全保险系统,可保证引信安全状态和可靠解除安全保险状态,且能够根据电路控制电推销器发火实现延期解除保险功能,可保证炮口安全距离和实现在弹道轨迹的不同点解除保险的功能。     

MEMS闭锁机构离心响应适应性研究

针对当前微机电系统(MEMS)安全与解除隔离(S&A)装置在离心环境下工作时可能存在锁头回弹剧烈、锁梁应力较高引起塑性变形的问题，提出一种有良好离心响应适应性的MEMS闭锁机构。该闭锁机构通过结构设计减弱了锁头在闭锁时的回弹现象，并提高了锁梁的结构强度，使其能够承载更高的离心载荷，同时扩展了闭锁机构稳定闭锁的阈值范围。该闭锁机构在外弹道离心力作用下可以稳定闭锁并准确定位，从而保证传爆序列可靠对正。通过理论分析，结合有限元仿真与样机实验研究了该闭锁机构的性能与工作特性，研究结果表明，该闭锁机构可以在3 500～24 000 r/min的离心转速范围内稳定闭锁，闭锁时锁梁不发生塑性变形。     

抗高过载微流体惯性开关

基于微连通器结构,提出了一种使用盐水(Na Cl溶液)作为工作流体且具有高的抗过载能力的微流体惯性开关。分析了液滴的分离机理,设计了开关的流道结构。然后,对开关进行了理论分析,建立了开关模型。最后,利用流体动力学仿真和样机实验相结合的方法,对开关结构和功能进行了验证。验证结果显示:在幅值为30 000 g阶跃型加速度作用下,开关的工作流体仍未发生分离,加速度的幅值与开关响应时间相关。另外,开关样机能够使盐水液面形成高度差,样机的静态加速度阈值为134.6 g~152.3 g,非常接近其理论计算的加速度阈值142.7 g。得到的结果表明,采用的微连通器结构能够极大地增强微流体惯性开关的抗液体分离能力,能够对加速度幅值进行区分,并实现闭锁功能,同时显示了高的抗过载能力。     

平面微弹簧性能比较研究

针对平面微弹簧性能比较方法的缺乏,提出了弹簧柔度性能比较系数,通过在相等的弹簧占用结构面积情况下,分析C型、S型以及W型弹簧中任意两种弹簧柔度系数比的对数值分布情况。利用仿真软件验证了公式正确性,分析表明弹簧柔度性能比较系数理论值与仿真值相对误差小于5%。分析表明在S型弹簧与C型弹簧柔度性能比较系数以及C型弹簧与W型弹簧柔度性能比较系数为零情况下,弯梁夹角和弯半径与直粱(弯梁等效直粱长度)比值无关;在S型弹簧与C型弹簧柔度性能比较系数为零情况下,随夹角增大,弯半径与直粱比值先增大后减小。弯半径与直粱比值大小影响C型、S型、W型弹簧单位结构面积柔度系数顺序排列。     

引信用MEMS悬臂梁式压电射流发电机设计分析

针对目前引信用压电式气流谐振发电机体积大,压电膜片难以达到谐振状态,且有输出电压低等缺点,结合常用射流发电机原理和微机电系统(MEMS)制造工艺,提出了一种MEMS压电式射流发电机,其以悬臂梁式压电膜片代替压电膜片结构发电,并通过双向流固耦合分析及压电仿真等对发电机的性能进行了验证,结果表明,MEMS压电式射流发电机可满足低功耗引信使用,且具有结构简单,体积小,输出电压高等特点。     

MEMS平面S型锥形弹簧的特性分析研究

针对MEMS平面S型等直梁弹簧压杆稳定性及抗共振性能较差等问题,提出了一种MEMS平面S型锥形弹簧,推导出平面锥形弹簧y向刚度系数公式,并通过仿真实验对理论公式进行验证,发现在集中力作用下,弹簧刚度系数的理论值与仿真值的平均误差小于1.58%。进一步分析了各结构参数对弹簧刚度系数的影响。结果表明,锥形弹簧刚度系数随着弹簧线宽B及弹簧高度H的增加而增加,随着弹簧弯半径R、段数n、弹簧直梁增量λ,以及弹簧首段直梁长度L1的增加而减小。通过对两种S型弹簧的性能对比,得到锥形弹簧在相同刚度下,轴向空间利用率、压杆稳定性以及抗共振性能方面均优于等直梁弹簧。