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。     

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。     

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。     

基于柔性止动的MEMS惯性开关冲击可靠性强化

为了提高MEMS惯性开关的冲击可靠性,提出了一种柔性止动结构。首先,利用连续接触力理论建立了止动碰撞模型,通过Simulink对模型进行仿真,研究开关在不同止动形式下的响应特性。接着,从空间占用和应力集中的角度对悬臂梁和平面微弹簧两种止动形式进行讨论,设计止动结构。最后,利用UV-LIGA工艺制作开关样机,通过落锤冲击系统对样机进行测试。碰撞接触力对于冲击可靠性至关重要,Simulink仿真结果表明柔性止动结构能够极大的延长碰撞接触时间,从而降低接触力。同时,采用柔性止动还改善了碰撞后的弹跳现象,提高闭锁稳定性。冲击试验表明,开关累积失效分布函数符合韦布尔分布,标度参数(参考加速度)α=29 600、形状参数β=8.2。相比无柔性止动的MEMS开关,提出的柔性止动明显改善了开关的抗冲击性能。对柔性止动的建模、仿真与试验为MEMS惯性开关的抗冲击设计提供了有益参考。     

地面运动目标震动信号的时频滤波检测

针对人员、车辆等地面目标运动时产生的地震动信号，通过典型时频分析方法STFT研究其时频分布特性，进而应用修改的复数卷积时变滤波方法进行信号检测，使信号信噪比得以提高，可从中提取更有效的特征向量为目标识别所用。     

电磁驱动的引信MEMS解除保险机构

针对现有引信MEMS安全系统仍依赖后坐和旋转环境解除保险,通用性受限制,提出一种微小型MEMS安全与起爆控制机构,它采用电磁驱动和弹簧回复力控制错位式MEMS保险与解除保险机构的动作,可综合利用通过传感器探测的弹道信息,并借助弹载计算机控制该机构实现引信的解除保险过程.该机构与常规装置相比可以大大减小引信安全与解除保险装置体积,同时该机构具有一定的通用性.