引信用双阈值MEMS万向惯性开关的结构设计与分析

摘要

现代战争已经由大面积地毯式打击向点目标精确打击和高效毁伤的模式转变，传统触发引信体积大、识别目标单一、大着角可靠性低，难以适应战争模式对引信灵巧化、智能化、微型化的要求。针对舰炮触发引信的应用环境，设计一种具两个的阈值MEMS万向惯性开关，开关能够使触发引信区分撞击水面与撞击甲板两种环境。
　　提出了双阈值惯性开关的理论模型并采用该模型分析了弹簧质量系统频率、电极间隙对开关阈值、响应时间和闭合时间的影响。设计了开关的弹簧质量系统和弹性电极，开关采用周边弹簧支撑中心环形质量块的形式，低阈值电极在布置环形质量块外部，高阈值电极布置在环形质量块内部。
　　使用有限元法分析了开关的阈值散布、响应时间、闭合时间、载荷适用性和抗过载性能。仿真分析结果表明:在0.6ms脉宽冲击加速度下，低阈值径向散布范围为430g～460g，轴向散布范围为360g～560g;高阈值径向散布为700g～850g，轴向阈值散布为700g～1000g。在450g-0.6ms的冲击加速度下，低阈值闭合时间为70μs;在900g-0.6ms的冲击加速度下，高阈值闭合时间为20μs。开关具有一定的载荷适用性和抗过载能力。
　　设计了开关加工方案并给出了加工工艺流程。通过试验验证了采用质量块与间隙不同的两组电极碰撞的方式实现双阈值功能的可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的意义

1．2 MEMS惯性开关的研究现状

1．2．1 单阈值惯性开关

1．2．2 多阈值惯性开关

1．2．3 现有MEMS惯性开关的特点

1．3 本文的主要研究内容

2 环境力分析与设计要求

2．1 引信环境力分析

2．1．1 勤务处理环境

2．1．2 发射环境

2．1．3 飞行环境

2．1．4 碰撞目标环境

2．2 双阈值MEMS万向惯性开关的指标要求

2．2．1 区分目标

2．2．2 万向性

2．2．3 快速响应与可靠接触

2．2．4 抗高过载

2．3 本章小结

3 理论分析与结构设计

3．1 MEMS万向惯性开关的工作原理

3．2 双阈值MEMS惯性开关的理论模型与工作过程

3．3 理论模型的数值分析

3．3．1 低阈值分析

3．3．2 高阈值分析

3．3．3 响应时间与闭合时间分析

3．4 双阈值MEMS万向惯性开关的结构设计

3．4．1 弹簧质量系统的设计

3．4．2 电极的设计

3．5 本章小结

4 有限元仿真分析

4．1 有限元方法

4．2 弹簧质量系统模态分析

4．3 阈值散布分析

4．3．1 XOY平面阈值散布分析

4．3．2 XOZ平面阈值散布分析

4．4 响应时间与闭合时间分析

4．5 载荷适用性分析

4．6 抗过载分析

4．7 本章小结

5 加工工艺与试验

5．1 MEMS加工技术

5．2 开关加工工艺流程

5．3 双阈值功能的验证性试验

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 论文创新点

6．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况