关于降低半导体桥发火能量的理论探讨

为提高电功率密度、减小能量损失,对于电容放电加载的半导体桥,提出缩短桥长是降低发火能量的有效途径的观点.利用半导体桥阻抗温升特性的不可逆现象,提出通过加热预处理减小初始电阻,从而降低半导体桥发火能量的方法.     

半导体桥对含能材料的点火特性研究

在10μF钽电容放电激励下,对两种阻值相当质量不同的半导体桥(SCB)和细化的发火药剂斯蒂芬酸铅(LTNR)和叠氮化铅(PbN6)所组成的发火件进行了实验研究,根据发火件的电特性变化和发火现象发现半导体桥存在电热发火、电爆发火和等离子体发火三种情况,测试了SCB/LTNR和SCB/PbN6发火件的50%发火电压和发火时间。结果表明半导体桥的发火电压阈值不仅与发火药剂有关,还与半导体桥换能元有关,所以半导体桥的设计存在最佳质量,通过对比得知LTNR比PbN6感度高,PbN6比LTNR的燃速高。     

高钝感半导体桥发火性能研究

为了提高半导体桥（SCB）火工品的安全性,在SCB极脚间并联负温度系数（NTC）热敏电阻,可使NTC-SCB半导体桥满足1.5 A不发火、最高2.0 A不发火的高钝感要求。研究了1.0 A和 1.5 A通电条件下NTC热敏电阻与SCB并联后的分流情况,通过电容放电、恒流激励下的发火实验和发火感度实验对比分析了SCB、NTC-SCB和1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后的NTC-SCB半导体桥发火性能。结果表明：在1.0 A、1.00 W、5 min和1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验条件下,NTC热敏电阻的分流比约为35%和62%,达到热平衡时的温度大约为112 ℃和170 ℃; 在33 μF、30 V电容放电条件下并联NTC热敏电阻及1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后,SCB的发火时间和临界发火能量均没有出现显著性变化;在7.0 A恒流激励下,由于输入能量速率较慢以及NTC热敏电阻分流的原因,发火时间和临界发火能量均有较明显提高;SCB的99.9%发火电流在并联NTC热敏电阻后从2.329 A增加到3.709 A,NTC-SCB的99.9%发火电流在1.5 A、2.25 W、5 min安全电流实验后从3.709 A增加到4.285 A,仍然可用于提供大于5.571 A电流的火工装置。     

斯蒂芬酸铅的静电危险性研究

为研究斯蒂芬酸铅(LTNR)的静电危险性,对其静电积累量和静电火花感度进行了全面的测试。选用不锈钢、铝、夹布胶木、导电胶皮和虫胶漆牛皮纸5 种滑槽,测试了不同滑槽长度和倾斜角度下LTNR 的下滑时间和静电积累量。计算出LTNR 与5 种滑槽的摩擦系数;研究了LTNR 的静电积累量随滑槽长度和倾斜角度的定量关系,分别拟合为线性方程和二次方程;研究了LTNR 的下滑速度和摩擦力对静电积累量的影响,并进行了二元线性回归,得出预估公式。此外,在不同的电容、电阻和极针间隙装置条件下,测试了LTNR 的静电火花感度。结果发现:测试条件对静电火花感度的测试结果影响较大,静电火花感度E50与极针间隙表现出正线性关系。     

斯蒂芬酸铅的半导体桥点火试验研究

通过对半导体桥(Semiconductor Bridge,SCB)装药条件下发火电压、发火电容及积分能量对点火时间影响的对比,结合不同点火条件下,桥体两端电压曲线、电流曲线和电流二次峰出现时间的比较,研究了斯蒂芬酸铅(LTNR)的半导体桥点火机理。试验发现特定的点火电路下,SCB点火时间存在一个临界值,且SCB等离子体形成的快慢直接影响点火时间。在充电电压从大到小的点火过程中,在桥与药剂之间存在2种不同的点火机理,在较高点火电压下为等离子体点火机理,在低电压为热点火机理。     

恒流激励微型半导体桥发火临界性研究

为得到恒流激励下微型半导体桥的发火临界性,对微型半导体桥与LTNR药剂所组成发火件的电热过程进行了实验研究,得到了响应过程中电阻的变化规律.基于传热学原理,建立了微型半导体桥稳态传热时的电热换能模型,推导出临界发火电流表达式,将计算值与实验值进行了对比,证明了理论计算公式的可行性与合理性,对于微型半导体桥安全电流的设计...     

复合半导体桥的电爆特性

针对半导体桥小型化带来的点火可靠性问题,制备了复合半导体桥,采用高速存贮示波器对其在22μF电容不同充电电压下的电爆过程进行了研究,并与多晶硅半导体桥的电爆性能进行了对比。结果显示:在电爆过程爆发前,复合半导体桥和多晶硅半导体桥的电爆过程基本一致;爆发后特别是在高压时(50 V),与多晶硅半导体桥相比,复合半导体桥上电流下降缓慢,爆发所需时间稍偏长,作用于等离子体上的能量稍多;爆发后3μs内,复合半导体桥作用于等离子体上的能量增加较多,因此复合半导体桥点火可靠性更高。复合半导体桥上金属薄膜的存在是造成上述结果差异的原因。     

半导体桥电爆过程的能量转换测量与计算

对电容激励模式下半导体桥(SCB)的电流、电压以及光的变化进行了测试,从能量的角度对半导体桥电爆换能过程进行了分析,并对电爆换能过程中硅桥物质形态的变化进行了量化分析,在电容为22μF、充电电压为45 V的情况下,SCB上电压为最低时(2.18μs,10 V)有61.1%的桥区熔化,SCB上电压为最高时(3.48μs,43 V)桥区有14.5%气化,在SCB发火光强最亮时(17.60μs)有70.3%的半导体硅桥电离。     

压电陶瓷用于半导体桥点火的研究

根据多层压电陶瓷产生电量的理论计算和分析,制作了压电陶瓷堆,利用压电陶瓷在爆炸冲击作用下产生的能量对半导体桥火工品进行了点火试验,并研究了压电陶瓷层数、爆轰激励源大小对点火的影响。结果表明:压电陶瓷片层数越多,其输出电压越高,输出能量越大;施加的爆炸冲击波压力越大,其输出的电压越高,能量也越高。因此,压电陶瓷用于半导体桥点火是可行的。     

具有电压保护功能的半导体桥点火元件

半导体桥点火装置（10），具有整体电压防爆保险功能，它的电路包括一个发火线路，还可选择性地带有一根监测线路。发火线路包括半导体连接区（14a,14b)，连接区互相分离，通过桥（14c)相连接；还包括处理在连接区（14a,14b)上的金属化层（16a,16b)，于是作用在金属化层（16a,16b)上的电势能产生足够的电流，通过电路的发火线路，在桥（16c)处释放能量。介电层（15）被夹在发火线路中，它的击穿电压就是所选定的临界电压（Vth)，因而能够在有低于临界电压（Vth)的杂散电势作用时，保护装置使其不起作用。电路中的连续性监测线路与发火线路并联，它或者可以是一个可熔链（34）（fusible link)，或者可以是一个电阻器（36）。     

炮射末敏弹射表编拟中开舱高度的研究

针对炮射末敏弹射表编拟中出现的新课题,对炮射末敏弹开舱高度的影响因素进行了分析.结合炮射末敏弹的使用特点,给出了炮射末敏弹射表编拟中开舱高度的技术实现途径.建立炮射末敏弹弹道数学模型,确定炮射末敏弹射表的格式,并给出使用射表的方法.最后在极限的射击条件下对射表精度予以检验.检验结果表明:开舱高度的设计方法合理有效,可以为所有炮射末敏弹的射表编制提供依据.     

弹药因素对5.8mm步枪射击精度影响的因素及试验研究

在内弹道方程组基础上,结合数学偏导方法,推导出内弹道修正系数的理论计算公式,以5.8 mm步枪为武器研究平台,计算5.8 mm步枪装药量、弧厚、弹头质量的修正系数。结果表明：对5.8 mm步枪初速及最大膛压影响程度大小依次为装药量、球扁药弧厚、弹头质量。装药量在靶场试验中具有较精确可控性,用统计分析法仅对得到的发射药尺寸及弹头质量对5.8 mm步枪初速影响数据进行显著性分析,分析显示发射药尺寸较弹头质量对初速影响更为敏感,与理论计算结果相一致。从而得出改进发射药尺寸偏差是提高5.8 mm步枪射击精度的有效方法。     

狙击步枪新型电动击发装置设计与分析

针对狙击步枪手动击发对瞄准线的扰动以及响应速度慢等不足,提出一种新型嵌入握把内部的电动击发装置,分析其工作原理,建立电击发装置的参数化模型,并对该电击发装置进行了仿真分析与实验测试。结果表明：该电动击发装置能够实现发射机电控击发,其对瞄准线方位方向的扰动幅度降为手动击发的1/5,可有效降低击发对瞄准线的扰动,提高射击精度;响应时间约为35 ms,远快于手动击发速度,提高了狙击步枪击发的响应速度,有助于准确把握击发时机。     

自行高炮射击精度综合补偿技术研究

为提高自行高炮射击精度,提出了提高高炮射击精度的综合补偿方法。基于武器系统组成,分析了影响自行高炮射击精度的主要因素及影响方式。在此基础上,结合火控闭环控制技术,根据火控解算误差相关性,建立误差综合补偿模型,利用火控解算前一时刻的误差特性,对后一时刻火控解算进行误差实时综合补偿,以提高射击精度。理论计算和试验数据分析表明,在不改变现有武器装备状态的情况下,该方法能提高自行高炮射击精度,验证了该方法的有效性。     

负温度系数热敏电阻对半导体桥电爆性能影响

温度是影响火工品电磁防护其防护效果的主要因素,负温度系数(NTC)热敏电阻用于半导体桥(SCB)能有效提高其射频感度。采用恒流激励和电容放电两种实验,对不同环境温度下NTC热敏电阻对SCB性能的影响规律进行了研究。通过1 A 5 min恒流激励实验,分析了室温(25℃)和高温(70℃)时NTC热敏电阻的并联分流情况;25℃时NTC热敏电阻分走59%回路电流,70℃时,对小尺寸SCB(S-SCB)的分流率最大达到63%。在电容放电激励下,探讨了并联NTC热敏电阻SCB在25℃和70℃时电爆性能的变化情况。结果表明,并联NTC热敏电阻前后,典型尺寸(L-SCB)在25℃和70℃下的爆发时间和爆发消耗能量均无显著性变化。而S-SCB并联NTC热敏电阻后,当温度从25℃升至70℃,爆发时间从5.94μs增长到7.18μs,爆发消耗积分能量从0.388 m J降低到0.178 m J。     

逐发瞄准火炮的击发频率特性分析

针对逐发瞄准的火炮,在射击诸元误差为均方可导、各态历经的正态过程假定下,给出了射击诸元误差对椭圆射击门随机穿越周期的分布特性;在火炮存在射击准备（后坐、复进、装填、瞄准）时间的约束下,导出随机射频的分布特性,给出平均射频的解析表达。通过仿真示例和实验数据分析,验证了对平均射频分析的有效性和实用性。该研究为逐发瞄准武器系统的射击频率的论证、设计和检测提供了分析工具。     

基于计算流体力学与质点弹道耦合的底部排气弹工作过程以及射程预示

基于计算流体力学的优点以及目前底部排气弹射程预示问题,采用计算空气动力学和质点外弹道学耦合的方法求解底部排气弹的飞行弹道,获得在整个减阻阶段底部排气弹底排装置工作参数、工作状态、底排流场等随时间的变化规律。研究结果表明：不同海拔发射的底部排气弹在减阻阶段的排气参数均随着时间的增加而呈增大的趋势,但在减阻末阶段,变化趋势变缓;随着海拔高度的增加,阻力系数随时间的增大而增加的趋势变得平缓,甚至会出现下降的趋势;在海拔0 km发射的底部排气弹在减阻阶段前期,底排装置以底排减阻模式工作,到减阻阶段中后期,底排装置的工作模式介于底排减阻模式和火箭增程模式之间。     

温度对半导体桥电爆性能影响初探

为了研究温度对半导体桥（SCB）电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25℃和-40℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25℃和-40℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47μs降低至0.25μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7℃;-40℃时的SCB临界发火电压比25℃时高0.6 V。     

面向火炮射击密集度的随机因素稳健设计

为了实现对射击密集度的有效控制,解决考虑随机因素的射击密集度优化设计问题,利用基于随机模型和随机优化的稳健设计理论,提出一种指标要求导向型的随机因素参数区间计算方法。基于蒙特卡洛模拟,采用六自由度外弹道模型,利用某型大口径榴弹炮数据求解射击密集度并研究其统计特性。利用不合格概率、灵敏度指数两个稳健目标准则,构建射击密集度稳健设计随机模型。采用带精英策略非支配排序遗传算法并结合反向传播神经网络代理模型技术对稳健设计随机模型进行优化求解,确定符合指标要求的随机因素参数区间。对比分析结果表明,该方法可同时保证射击密集度指标的最优性和稳健性,对射击密集度的预测具有一定可行性。