[发明专利]一种具有解保与驱动双功能的形状记忆合金MEMS安全系统

说明书

本发明公开一种具有解保与驱动双功能的形状记忆合金MEMS安全系统，主要由后坐保险机构、隔爆滑块和形状记忆合金执行器组成，隔爆滑块上设计有后坐保险机构保险槽、形状记忆合金执行器保险槽、定位槽和驱动槽，形状记忆合金执行器分为保险机构和驱动机构。利用后坐保险机构卡入保险槽实现对隔爆滑块的第一道保险，利用形状记忆合金保险机构卡入保险槽实现对隔爆滑块的第二道保险，利用形状记忆合金驱动机构推动隔爆滑块运动到位。本发明要解决的技术问题为：实现小口径弹药微小型化和远距离安全解除保险的目标，具有以下优点：(1)结构尺寸小；(2)抗过载能力强；(4)低成本；(5)原理简单、作用速度快；(6)稳定性好，工作可靠。

技术领域

本发明涉及一种具有解保与驱动双功能的形状记忆合金MEMS安全系统，具体涉及一种具有解保与驱动双功能的形状记忆合金MEMS安全系统的原理及其设计方法，属于引信MEMS安全系统技术领域。

背景技术

引信全电子安全系统技术是武器系统中对高新技术响应最快、最敏感的核心技术之一。随着武器装备技术的不断发展和进步，为了满足现代化实战环境的需求，引信功能也在不断的拓展，但受弹药外形及引信与弹药战斗部接口尺寸的限制，引信外形难以进行大范围的变化。为了省出空间加入更多的功能模块，需要进一步的压缩引信系统和起爆控制系统等装置的体积，但传统技术已难以满足引信系统体积减小的实际需求，引信尺寸的微小型化已经成为了亟待解决的关键问题之一。

小口径弹药一般是指口径为20mm到40mm，利用火炮进行发射并实现杀伤、爆破、侵彻等作用的弹药。小口径弹药由于具备机动性强、发射速度快和运载能力大等优点，广泛应用于高射炮、舰炮和航炮等陆海空三军及其他作战部队装备。为了提高小口径弹药的杀伤概率，不仅要求弹药直接命中目标时触发引信发挥作用，而且要求弹药不能直接命中时在近炸引信的作用下发挥作用。无线电引信和激光引信等可以有效提高弹药的毁伤概率。然而，无线电或激光等智能化控制模块通常具有较大的体积，同时，由于小口径弹药的装药量受战斗部体积限制较大，这极大的影响了弹药的毁伤效能。因此，实现引信尺寸的微小型化对于增大战斗部体积从而提升小口径弹药的毁伤效能具有重要的意义。如何减小引信安全系统的体积以扩展引信的功能、实现引信的微小型化和智能化并保证战斗部的毁伤效果是当前小口径弹药引信研究亟需要解决的问题。

MEMS技术可以将传感、信号处理、计算、控制和执行等功能融合在一起，在引信全电子安全系统中具有巨大的应用潜力。MEMS技术为引信的智能化、微小型化和多功能化提供了一个非常重要的研究方向和技术途径。基于MEMS技术的驱动器具有体积小、重量轻、功能全、抗过载能力强和成本低等特点，非常适用于引信安全系统。将MEMS技术应用于引信中，实现引信安全系统的微小型化，可满足武器系统对小口径弹药引信低成本、小尺寸、多功能和高可靠性等方面的重大需求。

安全系统远距离解除保险的要求是将MEMS技术应用于小口径弹药引信所面临的重要挑战。为保证小口径弹药发射的安全性，一般要求弹丸弹出炮口20m以上安全距离后，再解除保险。目前公开的小口径弹药引信安全保险机构基本上是利用弹药发射后的旋转离心力或后坐过载激励实现解保，但不同类型的小口径弹药发射环境相差很大，依靠环境力实现解保的安全保险机构具有一定的局限性。当前的MEMS安全系统多为机械式安全系统，如何实现远距离解除保险功能一直是引信MEMS安全系统研究的难点。

基于磁流变材料、反铁电陶瓷、形状记忆合金等新功能材料与结构的微小型保险和驱动机构为MEMS安全系统实现远距离解除保险功能提供了新的途径。其中，形状记忆合金是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后，通过加热到临界温度以上又可回复成初始形状的一类合金。形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料，可以集感知与驱动功能于一体。基于形状记忆合金材料的微小型驱动机构具有输出驱动力和驱动位移大的优点，在引信弹道修正和安全系统的解除保险等方面具有很好的应用前景。基于硅衬底的形状记忆合金材料制备工艺发展，使得形状记忆合金与硅基MEMS器件的集成化制备成为可能，为研制基于形状记忆合金驱动机构的MEMS安全系统奠定了坚实的基础。