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。     

引信惯性球电触发开关方向敏感性

针对弹簧压球结构的引信惯性球电触发开关方向敏感性问题,应用刚体静力学理论建立了引信惯性触发作用时不同方向角下惯性球对预压簧的作用力表达式。分析表明,为提高惯性球电触发开关触发灵敏度,应尽量增大惯性球质量和滑套球窝锥角,并减小滑套和弹簧质量以及各运动副间的摩擦系数。惯性球电触发开关应成对相向布设,以消除触发时不利方位的影响。而惯性球质心应尽可能靠近弹的质心设置,以防止弹空中旋转引发弹道炸。     

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。     

引信MEMS弹簧

对引信MEMS弹簧与传统引信弹簧在结构形状与参数、使用方法、固定方式上的差异进行分析,提出引信MEMS弹簧需要研究的一些问题。     

引信钟表保险机构抗振动弧形槽结构驱动板

针对钟表保险机构类引信振动试验后不能解除保险的问题,提出了引信钟表保险机构采用具有弧形槽结构的驱动板。该结构能够改善惯性块的受力,消除驱动板部件造成的压力,使惯性块仅受支撑弹簧的抗力,能够较稳定地抵靠在盖板上,消除应力集中,减小了振动过程中的磨损,保证引信惯性保险能够可靠解除,同时引信的安全性也得到一定的提高。理论分析和试验验证表明,采用这种结构的钟表保险机构在振动试验前后均能正常解除保险,因此弧形槽结构驱动板能够有效提高钟表保险机构抗振动性能。     

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。     

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。     

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。     

引信惯性延期MEMS擒纵机构

针对传统自推式弹药引信惯性延期安全与解除保险机构尺寸大、集成化程度低的问题,提出了引信擒纵机构惯性延期MEMS安全与解除保险机构。该机构基于微机电系统技术,利用擒纵机构实现惯性延期解除保险动作,采用一组弹簧质量系统实现加速度的识别,满足自持复位、抗干扰、范围解除保险及抗过载等基本功能要求。仿真验证结果表明,在10 g加速度下该机构的理论延期时长为122.8 ms,仿真延期时长为169.6 ms,延期解除保险范围为7.7～13.9 g。验证了卡摆转动惯量及驱动力与擒纵机构延期时长的关系与理论相符,摩擦力及轴间隙的影响均可导致擒纵机构失效,对加速度识别功能的四个运动阶段的加速度作用范围均具有较好的分辨率。该机构能够切实解决自推式弹药引信用火工品在微型化过程中遇到的问题。     

基于ADAMS的万向着发机构敏感度仿真

针对子母弹上配备的子弹药多采用无制导引信,对万向着发机构敏感度进行仿真研究.建立基于ADAMS的万向着发机构的动力学模型,探究在不同的惯性材料密度、不同弹目相碰着角和不同惯性力大小的条件下该机构惯性运动与时间的关系,分析依托该机构模型的触地响应装置的可行性.结果表明:惯性装置的密度材料和着角大小均对该机构作用敏感度有一定影响,在合适条件下较高密度材料的惯性装置对提高机构的敏感度起着积极作用.     

存在动不平衡的旋转弹丸外弹道绕质心运动过程中引信惯性力分析

为了给引信安全性和可靠性设计提供准确的外弹道力学环境,应用刚体动力学理论,建立了存在动不平衡角且引信轴线与弹丸旋转轴线不平行的旋转弹丸在外弹道上绕质心运动时引信所受惯性力数学模型,得到了引信零部件因弹丸绕质心运动产生的惯性加速度在轴向、径向和切向分量的计算公式。应用ADAMS软件仿真验证了理论分析的可信性。由受力分析可知,当引信轴向运动零部件质心、弹丸质心与各轴线在同一平面内,且引信轴向运动零部件质心与弹丸惯性主轴的距离最大时,引信轴向惯性力和径向惯性力均比传统计算结果大幅度增加（算例155 mm口径火炮达到数倍）。通过仿真引信轴向运动零部件的运动过程可知,在周期性波动且波动幅度较大的各向惯性力作用下,即使径向惯性力与切向惯性力远远大于轴向惯性力,也不能阻止引信轴向运动零部件在轴向惯性力作用下向前运动。     

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.     

机电触发引信高可靠性擦地炸接电开关

针对传统擦地炸开关结构复杂、作用率不高的问题,提出了机电触发引信高可靠性擦地炸接电开关,该开关由开关体、惯性球、接电套、开关簧、簧套组成,具有结构简单、可靠性高等特点。减小开关零件间摩擦系数,增大开关体锥角、接电套锥角和惯性球质量,降低开关簧抗力均有利于提高擦地炸接电开关接电动作正确性。试验验证表明,该擦地炸接电开关能够满足弹道安全性、钝感度要求,擦地炸作用率达98.6%以上,可以为擦地炸接电开关设计提供借鉴和参考。     

引信对极薄弱目标发火的作用方法

本文针对引信对极薄弱目标发火的适应性,提出了基于低过载惯性开关的极薄弱目标发火作用方法,同时对弹道安全性进行了设计。通过ANSYS-LSDYNA与ADAMS联合仿真计算方法,火炮试验及全弹道飞行试验对该方法进行验证。验证结果表明,设计的低过载惯性开关对极薄弱目标能够可靠发火,且该设计方法能够保证弹道的安全性。     

惯性器件设计方法综述

本文对惯性引信及保险提出了新的定义,即感受弹丸或弹头弹道上的过载值或者说空前冲力、爬行力、后座力而作用的引信称之为惯性引信。同样,感受过载值或受前冲力、爬行力、后座力、而解除保险的装置称之为惯性保险。笔者对惯性引信及保险所涉及到的惯性器件如:惯性销,惯性开关,加速度传感器,冲击闭合器等设计方法进行了综合研究,以便为引信设计师在掌握引信设计技术方面提供一定的方便,笔者认为惯性保险及引信的硬件均属惯性器件范畴,其核心结构与加速度传感器结构类同。引信设计人员视具体频响要求不同,可设计成线加速度传感器或开关,振动加速度传感器或开关,冲击加速度传感器或开关,显然,惯性保险及引信所涉及到的惯性器件,完全可用加速度传感器理论加以研究。     

提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构

针对破甲弹战斗部在大着角打击装甲目标过程中,射流斜侵彻装甲板破甲威力较低的问题,提出了提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构。该引信帽褶台结构通过在原有引信帽锥形结构上增加褶台,使得装配该引信帽的破甲弹在大着角碰靶板时褶台先接触靶板,弹丸在其作用下产生一定旋转,使弹丸侵彻靶板着角适当减小,从而使射流需要穿透靶板行程减少,提高破甲威力。仿真验证表明,在弹丸碰击靶板过程中,褶台结构引信帽能够使弹丸在碰击靶板过程中弹丸侵彻靶板角度由68°减少为65.7°,射流穿透主装甲板的行程减少约52 mm,减少约8%。装配褶台结构引信帽的战斗部动破甲平均后效层数由原来的2.6层增加到3.7层,提高了破甲威力,验证了设计的有效性。     

高旋弹药飞行姿态测量用半捷联MEMS惯性测量装置研究

针对高速旋转弹药姿态测量中,传统的MEMS捷联惯性测量系统由于角速率传感器在量程和精度上不能同时满足测试要求而存在姿态测量精度低的问题,提出了半捷联MEMS惯性测量的概念、原理和半捷联MEMS惯性测量的实现方法;同时针对半捷联MEMS惯性测量系统的组成结构,对半捷联MEMS惯性测量装置进行了介绍。通过对动力输出仓、控制-驱动电路安装仓、惯性信息敏感仓和惯性信息采集仓的结构和功能说明,阐述了半捷联MEMS惯性测量的实现方法。该装置可在弹药高速旋转情况下为微惯性测量单元提供稳定测试环境,有效抑制高旋弹药对惯性系统姿态测量精度的影响,为高旋弹药姿态测量和常规弹药制导化提供了新的思路,具有一定的工程应用价值。     

尾翼弹碰击薄弱目标前冲过载系数变化规律

为了给尾翼弹引信设计提供参考,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对弹丸以不同着角碰击不同材质、不同厚度的薄弱目标过程进行数值仿真研究。仿真结果表明:弹丸碰击薄弱目标的前冲过载系数值在某一特定着角时达到最大值,靶板材质和靶板厚度不同这一特定着角值也不同。超口径尾翼弹碰靶着角较大时,其最大前冲过载系数出现在尾翼穿过靶板时,而不是出现在头部侵彻靶板时。射击试验结果表明:根据上述仿真结果设计的引信惯性触发开关能够满足钝感度、弹道安全性以及擦地炸作用率要求。     

头部形状和着角对弹丸碰击薄目标前冲过载系数仿真研究

为了为引信惯性触发装置设计提供参考,利用LS-DYNA软件对头部不同形状的弹丸以不同着角碰击薄目标过程进行数值仿真研究,得到了头部不同形状的弹丸以不同着角碰击不同薄目标时的最大前冲过载系数。研究表明:弹丸前冲过载系数最大值并不是在正碰靶的情况下,而是对应某一小着角,靶板材质和厚度不同该着角也不同,应考虑弹丸攻角和立靶误差导致的着角变化对引信惯性触发灵敏度和钝感度性能的影响。头部形状不同,弹丸碰靶前冲过载系数差异较大,因此弹头形状设计应综合考虑气动力特性与引信碰靶前冲环境之需。     

西方国家引信触发性能及其试验用靶材分析

为了给我国引信触发性能论证、分析、设计、试验和进一步研究提供参考,根据欧美现役产品手册披露的信息,详细分析了西方国家引信触发灵敏度、钝感度、防雨、大着角发火性、擦地作用正确性、触发作用时间(瞬发度或延期时间)性能。碰击式弹头机械触发引信和机电触发引信瞬发度分别可达25μs和20μs,而弹底惯性机械触发引信瞬发度可达300μs。迫击炮弹和航空火箭弹弹头触发引信防雨问题不突出,灵敏度最高;小口径火炮弹头引信防雨问题最为突出。绝大多数对地攻击引信均以立靶射击方法而不是用对地射击的方法考核触发性能,立靶材质有胶合板、木板、铝合金板和钢板。在材质相同的情况下,触发灵敏度靶板厚度约是钝感度靶板厚度的4～8倍。M739系列引信着速对触发灵敏度影响非常显著,而其横栅式防雨机构对瞬发度影响不明显。美国轻武器、小口径火炮以及航空火箭等低伸弹道引信的大着角发火性已达到80°着角,而擦地炸达到了5°落角可靠发火的水平。