硅基光逻辑控制系统后坐保险机构关键技术研究

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针对激光起爆引信光逻辑控制系统的安全性能要求,提出了一种硅基MEMS后坐保险机构。后坐保险机构主要由弹簧质量系统、齿型制动机构及闭锁机构组成,具有大位移、识别载荷幅值和脉宽两种环境及抗过载的特征。主要通过理论分析结合数值仿真的方法研究各模块的作用机理,并进行相关结构参数的改进设计。根据后坐保险机构的应用环境,明确其设计要求,提出总体设计方案。利用弹簧支撑的后坐滑块侧壁齿型结构与基板上的齿型结构发生摩擦与碰撞实现延时作用,保证了平时勤务处理的安全性,并确保引信发射时在一定的后坐过载激励下可靠解除保险。对弹簧质量系统进行设计,利用“莫尔法”推导出平面弹簧的刚度公式,借助单位脉冲响应函数推导出弹簧质量系统的位移响应公式,并通过有限元仿真验证了理论结果的正确性。依据后坐保险机构应用的环境载荷确定弹簧质量系统的固有频率范围。采用有限元仿真,研究齿型结构参数对后坐滑块在勤务、发射环境下位移响应特性的影响。设计闭锁机构,实现对后坐滑块达到解除保险位移后的锁定。动力学仿真结果表明:在脉宽1ms、大于5000g的正常发射载荷作用下,后坐滑块达到解除保险的位移,能够可靠解除保险;在脉宽200?s、15000g以下的勤务跌落载荷作用下,后坐滑块达不到解除保险的位移,保证勤务环境安全。结合仿真结果及硅加工工艺,对后坐保险机构进行改进设计,改进后的后坐保险机构满足功能设计要求。采用MEMS硅加工工艺,加工出后坐保险机构,样机总体尺寸不大于6mm×5mm×2mm,满足引信小型化设计要求。对原理样机进行加工误差分析及加工缺陷形式分析,结合误差数据及缺陷原因,对后期机构设计提出误差补偿措施、结构改进建议。
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