引信微机电安全系统结构改进设计与试验研究

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针对现代引信所提出微型化、智能化以及多功能化的发展要求,本文以中大口径榴弹为应用背景开展引信MEMS安全系统研究,提出了一种依靠后坐过载、离心过载及弹道实时位置信息为解除保险激励的安全与解除保险装置。采用理论分析、模型仿真和样机试验三者结合的方法,开展了各道保险作用机理、解除保险可靠性及性能试验验证等技术研究。提出了引信MEMS安全系统的设计内容和设计流程,分析了引信在全寿命周期内所经受的力学环境,根据引信安全系统的基本设计要求和系统的性能要求,提出了由控制电路模块、安全与解除保险装置模块以及输出药板模块组成的MEMS安全系统总体设计方案,分析了MEMS安全系统的工作原理。根据前期设计后坐机构无法满足设计指标要求问题,通过分析无阻尼弹簧质量系统在半正弦加速度作用下的响应特性,改进设计了一种悬臂梁质量块卡锁式后坐保险机构,可识别勤务跌落和正常发射两种典型加速度环境,利用有限元仿真分析验证了设计可行性。设计了依靠离心惯性力解除保险的离心保险机构,通过建立离心机构力学模型和仿真分析验证了解除保险可靠性。改进设计了实现延期解除保险功能的指令锁机构,提高了结构强度和微电推销器驱动匹配性。改进了隔爆滑块闭锁机构,通过理论分析了闭锁可行性,采用模型仿真方法验证了闭锁机构的功能。采用镍基UV-LIGA加工工艺研制了安全与解除保险装置原理样机,对样机关键部位进行SEM扫描电镜尺寸测量,结合样机制作工艺流程对加工误差的产生原因进行分析,并根据同一批次样机的表面形貌和加工误差提出相应的工艺改进措施。通过搭建试验平台对安全与解除保险装置原理样机进行了模拟勤务跌落试验、离心环境试验、推力试验和高冲击环境试验,将试验结果与仿真结果对比分析,验证了后坐机构勤务安全性,离心机构和指令锁机构解除保险可靠性,隔爆滑块闭锁可靠性及整体结构抗高过载性能。
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