基于激光加工的微安保机构设计与性能

复杂场景下火工品微安保机构需具有可恢复与抗过载特性,为此,研究设计了基于激光加工的金属材质电热驱动微安保机构,采用有限元模拟分析了镍基微电热执行器动作特性,通过调整双热臂U型电热执行器热臂和冷臂的长度、宽度以及各臂之间的间隙,探究它们对输出位移的影响;通过正交实验得到优化的超快激光加工工艺参数分别为频率100 kHz、能量113μJ、切割速度100 mm·s^-1,实现了镍基电热微安保机构的超快脉冲激光精确制造;最后,搭建了安保机构性能验证平台,验证了该机构在不同电流激励下的驱动位移与隔爆性能。结果表明,在8 A激励电流下,加工的镍基微安保机构驱动位移可达1084μm,所组装的火工品微安保机构在传爆序列中能够有效隔爆。     

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。     

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。     

基于MEMS VOA阵列的红外场景生成器

针对动态半实物仿真系统的需求,提出了一种新颖的基于微机电系统(MEMS)技术的红外场景生成器。研究了可变光衰减器(VOA)阵列组成红外场景生成器的工作原理和器件结构,提出了新型串联双向折叠梁结构和阵列布局方案,为实现大规模阵列的红外场景生成器奠定基础。     

微机电系统微弹簧优化设计方法

针对现有微机电系统(MEMS )微弹簧研究中侧重于弹性系数的分析,微弹簧优化设计研究则不足的情况,提出了微机电系统微弹簧优化设计方法。该方法根据 MEMS工艺易于平面图形加工的优势,采用 Matlab软件的fgoalattain函数对“L”型微弹簧的线宽进行优化设计,以降低“L”型微弹簧的最大应力。仿真验证表明：在保证微弹簧相同尺寸和弹性系数的前提下,最大应力减少了20%,为后续MEMS微弹簧的结构设计提供了参考。     

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。     

更小、更轻、更廉价的微机电系统

今后几年 ,微机电系统 (ＭＥＭＳ)在军事设备领域将变得和今天的微处理机一样普通。ＭＥＭＳ是用传统数据处理与控制系统集成最新型的敏感与传动功能的微小尺寸装置。ＭＥＭＳ通常由硅制成 ,多采用由微电子工业开发的部件的装配与封装技术。它之所以具有自己的特点 ,即将机械或结构部件(如带有电子装置的加速度计和微透镜 )和一些电子装置 (如微处理器和射频发射机 )集成在一起 ,也包括流体、光学、电磁和电稳定系统。正如在微电子和通讯领域国防工业能推动商业开发一样 ,民用市场也将从ＭＥＭＳ的应用中获益。对新技术持保守态度的自动化工…     

弹载MEMS加速度计自适应滤波算法

为了降低导弹过载的测量噪声,提出一种弹载微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)加速度计自适应滤波器的设计方法.该方法根据过载变化来设定条件阈值,对滤波系数进行自适应调节,提高了导弹过载测量精度.仿真结果表明:该滤波算法可有效将加速度计测量噪声标准差从0.020 6 m/s2降低到0.006 1m/s2,较好地兼顾了加速度计在低过载下数据平滑性和高过载下数据灵敏性的要求.     

不同桥形微结构换能元的仿真设计与实验研究

微结构换能元是微机电系统(Micro Electro?Mechanical Systems,MEMS)火工品的关键器件,其桥区微结构设计对MEMS火工品的输出性能和能量利用率具有显著影响。为完善MEMS火工品微结构换能元设计理论,设计制作了8种不同桥形微结构换能元,采用仿真研究与红外测试等手段进行微结构换能元桥形结构优选与微结构效应研究,获得了V?50和L?1两种优选桥形结构换能元,揭示了不同桥形结构对换能元输出性能的影响规律,其中V?50桥形微结构换能元平均发火电压达到了100μF/3.5 V,能量利用率为46.6%。     

用于微型弹药的MEMS惯性测量装置

美国NJM公司正在采用微机电系统(MEMS)技术开发战术级惯性测量装置(IMU)，预计其成本将大大降低，体积也很小，并使用比当前装置更低功率的电源。这种装置可装备如美国海军的127mm EX71增程制导弹药(ERGM)及美国陆军的155mm XM982弹药，其它应用还包括无人机和人工导航系统。     

离子液体中CL-20的高收率低污染硝解方法

针对工业混酸法制备六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)废酸污染大及N_2O_5/HNO_3法收率低的现状,制备了酸性季铵盐类、己内酰胺类、咪唑类、吡啶类离子液体,将其用于N_2O_5/HNO_3硝解四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW)制备CL-20的反应中。考察了离子液体种类、酸度、用量及反应时间对CL-20收率及纯度的影响。结果表明,离子液体酸强度与催化性能呈正相关关系,[Et_3N(CH_2)_4SO_3H][BSO]表现出最佳的催化活性。最佳的反应条件为:反应温度60~80℃,反应时间7 h,m([Et_3N(CH_2)_4SO_3H][BSO])∶m(TAIW)∶m(N_2O_5)∶V(HNO_3)=0.5 g∶3 g∶4 g∶15 mL,CL-20收率94.5%,纯度98.1%。离子液体重复使用5次,催化性能无明显降低。     

ClF_3O与H_2O反应机理的密度泛函理论研究

应用量子化学密度泛函理论对ClF3O和H2O的反应机理进行了研究。在B3PW91/6-31++G(d,p)水平上优化了反应通道上的反应物、中间体、过渡态和产物的几何构型,计算了它们的振动频率和零点能,并对能量进行了零点能校正(E+ZVPE就是对能量进行了零点能校正的值),找到了反应通道。结果表明:ClF3O和H2O极易发生反应,水足量时有利生成HF、HClO2和HClO4;水少量时有利于生成HF和ClFO。     

硝酸碳酰肼类含能配合物比热容的研究

用差示扫描量热仪(DSC)测定了一定温度区间硝酸碳酰肼类配合物硝酸碳酰肼锰(Mn(CHZ)3(NO3)2)、硝酸碳酰肼钴(Co(CHZ)3(NO3)2)、硝酸碳酰肼镍(Ni(CHZ)3(NO3)2)和硝酸碳酰肼锌(Zn(CHZ)3(NO3)2)的比热容,利用Origin7.0软件回归出比热容随温度变化的方程式, Ni(CHZ)3(NO3)2和Mn(CHZ)3(NO3)2在一些温度区间为六次函数或二、三次函数,其余大多数符合四次或五次函数,拟合时相关度最小为0.987,标准偏差最大为0.017.除Zn(CHZ)3(NO3)2外,其余三种硝酸碳酰肼盐配合物的比热容有较大变化,出现一个或多个峰值.对它们进行了热重和红外分析,200 ℃时仅Co(CHZ)3(NO3)2失重8.64%,其余两种的热重曲线没有变化;红外图谱显示在不同的温度下同一物质的指纹区不同,故推测样品可能发生了晶形转变而导致比热容变化.     

四氧化三钴@碳化蝶翅的制备及催化高氯酸铵分解的性能

采用水热法制备了四氧化三钴@碳化蝶翅(Co_3O_4@CW)纳米复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面及孔径分析仪表征了其结构和成分。采用同步热分析仪(DSC-TG)研究了该复合材料对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。结果表明,Co_3O_4@CW具有微孔-介孔-大孔的多级孔结构,Co_3O_4纳米粒子均匀紧密地负载于碳化蝶翅的骨架上,其中Co_3O_4的负载量约为72.0%。Co_3O_4@CW可显著降低AP的高温分解峰温度,当Co_3O_4@CW的添加量为3%时,AP的高温分解峰提前147℃,AP的热分解放热量从173.4 k J·mol~(-1)增加到369.3 k J·mol~(-1),表现出了良好的催化性能。     

2-硝酰氧基甲基四氢呋喃的绿色合成

为了开发新型硝酸酯聚醚粘合剂,以2-羟甲基四氢呋喃(HMTHF)为原料,经N2O5硝化合成出了2-硝酰氧基甲基四氢呋喃(NMTHF),收率为90.6%,产品纯度为98.9%,通过红外光谱、核磁共振氢谱及元素分析对产品的结构进行了表征,表明为目标化合物。考察了反应条件对产品收率和纯度的影响,确定了最佳的硝化条件:N2O5为硝化剂,N2O5与HMTHF的摩尔比为1.0∶1.0,反应温度为-10℃,滴加试剂完毕后反应5min立即终止反应。     

聚合氮的研究进展

全氮化合物是推进剂和炸药等高能密度材料(HEDM)有应用前景的候选物。在全氮化合物中,聚合氮特别是立方偏转结构聚合氮(cg-N)的能量最高,理论计算显示cg-N的密度为3.9 g·cm-3,比冲为500 s,爆压是HMX的十倍有余。cg-N已于2004年通过在金刚石对顶砧中在2000 K高温、140 GPa高压下压缩氮气实验制得,但是在常温常压下还无法稳定保存;如果在常温环境下能够得到稳定的聚合氮,这将是含能材料领域的一次里程牌式的飞跃。本文就这种立方偏转晶体结构的聚合氮和之前发现的无定形聚合氮进行了综述,并详细地阐述了以N2/H2(2/1,体积比)混合物在室温下约85 GPa条件下制得的N2/H2聚合氮合金的性质。     

硝酸铁对高温高浓度硝酸铵水溶液热稳定性的影响

为研究水和硝酸铁(Fe(NO3)3)对硝酸铵(NH4NO3)的危险性,利用C80微量热仪模拟密闭环境,对浓度为100%、95%、90%的NH4NO3溶液,以及含有1%、2%、3%、4%四种不同Fe(NO3)3杂质含量的95%NH4NO3溶液进行热分析。结果表明:随着NH4NO3浓度的增加,NH4NO3溶液的活化能下降,热分解的难度降低。水抑制了NH4NO3的热分解,提高了其自反应起始温度(Tonset)。95%NH4NO3Tonset为238.89℃,加入Fe(NO3)3之后Tonset下降,Fe(NO3)3含量2%时Tonset为201.13℃,下降了37.76℃,Fe(NO3)3对95%NH4NO3溶液中NH4NO3热分解有"催化作用"。     

Mn_3O_4微球的制备及其对高氯酸铵热分解的催化作用

以四水合乙酸锰和无水乙醇为原料,用溶剂热法制备了Mn3O4微球。研究和讨论了反应温度、反应时间对实验结果的影响。得到了160℃反应4 h的最佳条件。用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)表征了Mn3O4微球的组成和形貌。用差示扫描量热仪(DSC)研究了Mn3O4微球对高氯酸铵(AP)热分解性能的影响。结果表明,Mn3O4微球是结晶度较高、粒径介于4~10 nm的超细Mn3O4粒子的聚集体。与纯AP相比,Mn3O4微球/AP混合物中AP的热分解温度下移160.1℃,出现在297.1℃,表明Mn3O4微球对AP热分解有明显的催化作用。     

N_2O_5/HNO_3硝化甲苯制备二硝基甲苯

以N2O5/HNO3代替硝硫混酸作硝化剂进行甲苯硝化。研究了反应温度、N2O5浓度、反应时间对硝化反应的影响。用气相色谱、红外光谱、质谱分析了甲苯的硝化产物。结果表明,硝化产物主要为二硝基甲苯(DNT)。获得的最佳硝化反应条件为:反应温度10℃、N2O5浓度3 mol·L-1、反应时间1 h。二硝基甲苯的产率100%。异构体2,4-DNT与2,6-DNT的摩尔比为4.44∶1。