[发明专利]一种火工驱动活塞式微作动器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种火工驱动的活塞式微作动器，是一种火工作动装置，同时也是一种做功火工品，本发明可作为微机电系统解除保险装置。 

背景技术

GJB373A-97《引信安全性设计准则》中对引信安全系统的定义为：“用来防止引信在感受到预定的发射环境并完成延期解除保险之前解除保险（启动）和作用的各种装置（如环境敏感装置、发射动作敏感装置、指令动作装置、可动关键件或逻辑网络，以及传火序列的隔火件或传爆序列的隔爆件）的组合”。该定义中的指令动作装置就是指作动器；相应的，应用于微机电系统中的作动器整体结构尺寸非常小，可以称之为微作动器。 

传统典型的活塞式作动器尺寸往往较大，如图1所示，直径为8mm，即利用现有电起爆器发火，“O”型密封圈保证密封性，灌注方式将药剂填装在电起爆器内，剪切销结构进行止推设计等。但如此尺寸不能满足微机电系统应用要求，若减小尺寸又很难完成上述结构和功能的实现，因此必须对传统作动器进行零件结构、尺寸以及其功能的重新设计。 

微机电系统使用的活塞式微作动器因使用环境不同而具体结构组成也不同，但是活塞式微作动器基本作用原理相同：活塞和含能材料装在一个密闭的药室内，药室的密封是防止爆燃气体产物过快泄露从而降低做功能力；换能元受到发火指令激励而引燃含能材料，含能材料的爆燃气体产物推动活塞沿轴向运动，活塞杆作为能量传递机构，将药剂释放的化学能转换为机械能传递给引信安全系统的隔爆件或安全锁。活塞式微作动器产生的作用效果包括推动安全锁或隔爆机构产生位移或者结构变形等解除保险动作。 

2005年Charles H.Robinson等对该小口径武器微机电系统机构进行了改进。其作用原理与改进前相似。这个MEMS安保机构中使用了活塞作动器，活塞上方装有火药和起爆器，工作过程如下：起爆器引燃火药，产生气体推动活塞运动，从而使得摆锁转动，完成解锁。 

MEMS安全系统结构见图2。利用活塞式微作动器作为MEMS安全系统的作动器，用来解除保险滑块上的第二道保险，实现整个安全系统机械解保。该安全系统的第二道保险是一个翘翘板式的摆锁，摆锁以中间为轴，两端成一定角度。 

该作动器作用过程如下：起初，保险滑块的一部分挡在摆锁翘起一端的下面，作动器无法推动摆锁旋转，同时摆锁与保险滑块位于同一平面的一端卡在保险滑块的小槽中，保险滑块移动到与摆锁接触后无法继续移动。摆锁与保险滑块处于一种互锁的状态，能够解开这道 锁的关键环节就是作动器；弹药发射后，保险滑块在离心力作用下移动，当其接触到摆锁的时候被限制移动，此时原来挡在摆锁翘起端的滑块部分恰好离开原来位置，释放摆锁。一旦与发射平台的距离满足安全需要，控制信号由处于安全系统之外的引信电路给出，引燃作动器上方的含能材料，气体产物推动活塞下压摆锁，摆锁限制保险滑块的一端翘起释放保险滑块，完成解锁。 

微机电系统成为新一代引信的发展趋势。受微机电系统体积的限制，作动器的体积也必须相应的减小、发火电压也随之降低，由此给作动器提出了更加严格的尺寸和性能要求。但是与微机电系统相匹配的作动装置还比较少，鲜有尺寸、结构以及功能均能满足微机电系统的作动装置。目前国内外正在大力发展微作动器以适应各种微机电系统的研发，因此迫切需要从微机电系统设计要求出发，设计一种尺寸小且结构功能均能满足要求的微作动装置，依靠现有火工品设计的技术水平无疑是个巨大的挑战。 

发明内容

根据微机电系统对活塞式微作动器的技术要求，针对现有作动器在减小整体尺寸、降低发火组件发火电压、保持较高安全性、较大推力和推程等参数组合的设计方案中存在的技术难点，本发明专利通过深入细致的理论计算分析、统全面的验证试验和正交试验优化提出一种低发火电压活塞式微作动器，不仅能在结构尺寸、发火电压、止推和止退、推力和推程、作用时间等性能上满足微机电系统对微作动器的技术要求，还大大减小了尺寸，并能保证结构强度需要。 

本发明专利的目的在于提供一种适合于解除微机电系统保险机构用的功火工品，在5V（10μF）低电压输入条件下能够可靠发火，推力不小于30N，推程不小于1.5mm，尺寸不大于Ф2.5×5mm，具有体积小、低发火电能、推力和推程较大、抗静电抗射频能力好等优点。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

设计一种活塞式微作动器，在保证活塞式微作动器不会在振动、意外跌落等冲击情况下提前作动，同时在作用后保持至少1s不后退。基于优化设计思想，利用ANSYS/LS-DYNA非线性动力学软件对该