硅基MEMS安全系统参数化仿真方法研究
6页1、硅基MEMS平安系统参数化仿真方法研究简要:摘 要:针对传统 MEMS 平安系统不具备通用化应用设计的问题。本文基于一体化设计思想,提出了一种硅基 MEMS 平安系统。编写 MATLAB 程序对阈值判定机构可靠解保的临界 g 值进行研究,摘 要:针对传统 MEMS 平安系统不具备通用化应用设计的问题。本文基于一体化设计思想,提出了一种硅基 MEMS 平安系统。编写 MATLAB 程序对阈值判定机构可靠解保的临界 g 值进行研究,并对边界进行分析,得到阈值判定机构连接节点的参数化设计方法。结果说明:当离心加速度超过 52320g 时,阈值判定机构能够可靠的解除保险,且参数化连接节点临界断裂 g 值的理论结果和仿真结果具有较高的吻合度,误差均小于 10%。本文的参数化研究方法可为 MEMS 引信的快速及通用化设计提供一种思路。本文源自畅玉洁; 涂宏茂, 兵器材料科学与工程 发表时间:2022-06-17关键词:MEMS 平安系统;参数化设计;仿真分析MEMS平安系统的应用可以空出足够大的空间使得引信增加新的功能模块 1-5。1998 年 Robinson 等6提出基于 LIGA 工艺,通过
2、环境力解除保险,以美国海军为代表的军方在此方面取得了长足的进展。Robinson 等7-13基于模块化设计思想设计的 MEMS平安系统,可实现局部功能模块的集成加工。 MEMS 平安系统的另一种设计思路那么是机械、电子及火工技术的一体化高密度集成,且可通过特定工艺实现一体化加工14-15。目前,MEMS 平安系统在国内开展迅猛16-18。何光等19-21开展了小口径弹药 MEMS 平安系统的研究。Liu 等22、王辅辅等23、Wang 等24创造了一种垂直弹轴式引信 MEMS 平安系统结构。该平安系统在引信体中垂直于弹轴摆放,具有远解功能。聂伟荣等25、李艳娇26提出一种基于电磁驱动的 MEMS 平安系统。该结构采用垂直于弹轴的摆放方式,以电磁力作为解除保险的动力来源,适用于各口径弹药,特别是导弹等发射过载较低的环境。李志超等27、李艳娇28同样采用垂直于弹轴的摆放方式,整体结构采用环境力保险与电保险结合的设计设计了一种 MEMS 平安系统。从现有文献来看,国外平安系统微小型化技术的两个思路是硅基 MEMS 平安系统与非硅 MEMS 平安系统。其中,DRIE/SOI 加工工艺已成为硅基
3、 MEMS 平安系统主流,可以通过掺杂等工艺与微电子一体化加工,具有集成化程度高等特点。欧美在这一方面,拥有完备的工业体系,并且在 MEMS 加工的工艺、材料的制备工艺以及集成电路工艺方面拥有雄厚的技术积累; LIGA/UV-LIGA 工艺已成为非硅基 MEMS 平安系统主流,取材广泛,本钱低,能实现大的深宽比结构,但是不能一体化加工,需通过微装配完成最终环节。近年来,参数化分析方法在 MEMS 平安系统研究中应用广泛。Wang 等29-30通过参数化分析方法对 MEMS 平安系统的闭锁机构及弹簧进行了研究。 Ostrow II 等31那么对 MEMS 平安系统的电热作动器进行了动力学参数化分析。由此可见,参数化分析方法业已成为 MEMS 平安系统常见的研究手段,开展迅速。作者基于一体化设计理念以及硅的易断裂特性,设计了一种可一体化加工的 MEMS 平安系统,并根据模块化设计思想,建立了考虑弯曲和剪切双模式的“狗骨梁断裂模型,并通过参数化仿真分析方法进行验证,从而实现 MEMS 平安系统的快速、低本钱及通用化设计。1 硅基 MEMS 平安系统的参数化研究图 1 所示为本文提出的 MEM
4、S 平安系统。 MEMS平安系统的整体尺寸为10 mm10 mm0.4 mm,可应用于旋转弹药。弹药在飞行中,受后坐惯性影响,后坐保险机构克服 MEMS 弹簧力迅速滑至底部并被后坐闭锁机构锁死,从而副离心滑块的约束被解除。离心力一旦到达既定的值时,阈值判定机构将断裂破坏,从而释放副离心滑块,滑块随离心力运动,进而与撞击释放机构发生碰撞,使得连接节点碎裂,释放主离心滑块。受离心力作用,主离心滑块和副离心滑块继续运动,最终被闭锁机构限位,此时传爆孔、传爆药柱和电雷管在垂直方向对正,MEMS 平安系统准备就绪,可随时发火。由上文可知,阈值判定机构、后坐保险机构和撞击释放机构是影响 MEMS 平安系统能否可靠完成既定的功能的主要因素。其中,后坐保险机构属于弹簧结构,相关的研究较多,此处不再做过多的论述。而对于“狗骨梁结构:阈值判定机和撞击释放机构,特别是对于硅材料,相关的研究成果相对缺乏。同时,阈值判定机构是否正常解保将直接决定主离心滑块能否完成既定的动作。因此,阈值判定机构作为决定性的功能模块,有必要进行重点研究。对于 MEMS 平安系统来说需要满足以下要求:阈值判定机构,在发生意外跌落时(
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