应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统及其方法。本发明专利技术采用小球限位弹簧销、转子限位弹簧销和电磁拔销器进行限位，并通过滚动小球沿滚动导槽在弹药高速旋转产生的离心力的作用下推动驱动杆带动MEMS转子转动，并通过对电磁拔销器通断电控制MEMS转子旋转180度后固定，实现可恢复式解保功能；本发明专利技术采用可恢复球式解保的MEMS安全系统，从应用于高过载高旋转环境的弹药引信设计及加工角度来看，具有结构空间占用小、可靠性高、零部件加工工艺简单等优势；其次，完全利用环境力保险，避免了使用电或电热等驱动方式在某些情况下出现功能异常的发生，提高了系统工作安全性与可靠性。工作安全性与可靠性。工作安全性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统及其方法


[0001]本专利技术涉及高过载高旋转环境的弹药安全技术，具体涉及一种应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统及其实现方法。

技术介绍

[0002]现代武器弹药向着灵巧、智能的方向发展，引信的微型化、智能化也已经成为众多研究机构的主要研究方案。弹药打击目标的全过程为发射阶段、勤务处理阶段、发现目标并打击目标，传统的引信安全系统不具备可恢复功能，当弹药取消攻击指令时，弹药仍然会起爆，因此设计具有可恢复功能的安全系统具有重要意义。引信安全系统主要应用的是弹簧-质量块系统，并且使用电磁驱动配合弹簧-质量块系统实现安全系统的可恢复功能。而相较于传统的弹簧-质量块，微型转子是一种更好的选择，微转子具有更高的移动速度和更小的空间占用(相同的装药量下)并且不受任何方向惯性效应的影响。

技术实现思路

[0003]为了不影响引信的安全与解保控制系统的作用可靠性，本专利技术提出了一种应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS(微机电系统)安全系统及其实现方法。
[0004]本专利技术的一个目的在于提出一种应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统。
[0005]本专利技术的应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统，安装在弹药的微型起爆药与下一级装药之间，其表面垂直于发射方向；在弹药中，始发火工品换能元和微型起爆药与下一级装药位置对正，始发火工品换能元通过导线连接至弹药的微控制芯片；弹药应用于高过载且高旋转的环境中。
[0006]本专利技术的应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统包括：基板、滚动导槽、滚动小球、小球弹簧销装配槽、小球限位弹簧销、轴向定子、弹簧垫片、MEMS转子、固定帽、转子弹簧销装配槽、转子弹簧销装配孔、限位卡扣、转子限位弹簧销、转子限位槽、电磁拔销器、驱动杆、限位机构、传爆孔和传爆药；其中，基板为平板状；在基板的上表面开设有圆环形的滚动导槽；滚动小球位于滚动导槽中，滚动小球的直径不大于滚动导槽的宽度；在滚动导槽内设置有小球弹簧销装配槽，在小球弹簧销装配槽内设置有小球限位弹簧销，小球限位弹簧销的表面高出滚动导槽，并且在小球弹簧销装配槽的内侧壁上设置有限位卡扣；在基板的中心设置轴向定子，轴向定子与滚动导槽共轴，均位于弹药的中心轴上；在轴向定子上依次套装环形的弹簧垫片和MEMS转子，MEMS转子的直径小于滚动导槽的内径，MEMS转子能够绕着轴向定子转动，弹簧垫片减小转动时的摩擦力，使MEMS转子在基板上转动过程中更加灵活；在轴向定子的顶端设置固定帽，固定帽的半径大于轴向定子的半径，从而限定轴向定子在与基板平行的平面内旋转；在基板上设置有转子弹簧销装配槽，在MEMS转子上相应的位置上设置有转子弹簧销装配孔，在转子弹簧销装配槽和转子弹簧销装配孔中设置有转子限位弹簧销，转子限位弹簧销的上端高于MEMS转子的下表面，并且在转子弹
簧销装配槽的内侧壁上设置有限位卡扣；在MEMS转子的边缘设置两个驱动杆，两个驱动杆的连线经过中心轴，并且驱动杆的前端超出滚动导槽的平均半径；在每一个驱动杆的位于沿离心力方向的前侧边缘，设置限位机构；在滚动导槽内设置两个转子限位槽，两个转子限位槽的连线经过中心轴；在每一个转子限位槽内设置有电磁拔销器，电磁拔销器连接至弹药中的微控制芯片；在未通电状态下，电磁拔销器的销子顶端高于驱动杆的下表面，电磁拔销器的销子沿离心力方向的后边缘形状与驱动杆上的限位机构为互补的形状；在基板上开设有传爆孔，传爆孔与下一级装药距离中心轴的距离相等，且位于两个转子限位槽所在的过中心轴的直线上；弹药发射前，滚动小球位于小球限位弹簧销沿着离心力方向后，小球限位弹簧销限定滚动小球的位置不动，转子限位弹簧销伸出转子弹簧销装配孔限定MEMS转子固定不动，电磁拔销器不上电为自然状态，电磁拔销器位于驱动杆的限位机构内，进一步限制MEMS转子不发生旋转，此时传爆孔与下一级装药分别位于中心轴的两侧，即传爆孔与下一级装药错位，可恢复球式MEMS安全系统处于安全状态；当弹药发射时，弹药在发射筒内巨大的膛压作用下，开始产生位移，并在发射筒内膛线的作用下高速旋转，可恢复球式MEMS安全系统首先感知到后坐过载，后坐力使小球限位弹簧销和转子限位弹簧销，分别向小球弹簧销装配槽和转子弹簧销装配槽内运动，并由各自的限位卡扣分别限定在小球弹簧销装配槽和转子弹簧销装配槽内，解除对滚动小球的限制，此时弹药处于勤务处理状态下；滚动小球在旋转的离心力的作用下沿着滚动导槽运动并撞击MEMS转子上的驱动杆；当弹药在勤务处理状态下发现目标并要攻击目标时，微控制芯片给电磁拔销器上电，使得电磁拔销器上的销子吸入电磁拔销器中内，从而销子退出限位机构，并且顶端低于驱动杆的下表面，解除电磁拔销器对驱动杆约束，并不再限制MEMS转子的转动；滚动小球在弹药高速旋转产生的离心力的作用下推动驱动杆带动MEMS转子开始转动；在MEMS转子转动后，微控制芯片立即给电磁拔销器断电，微控制芯片控制电磁拔销器上电到断电的时间t满足大于滚动小球推动驱动杆转过电磁拔销器上的销子且小于MEMS转子转动180度所需要的时间，断电之后电磁拔销器上的销子再次伸出电磁拔销器；滚动小球推动驱动杆带动转子随着弹药高速旋转，转动至180度时，驱动杆前侧的限位机构再次与电磁拔销器形成约束，限制MEMS转子的转动，传爆孔与下一级装药对正，此时弹药进入攻击状态，从而实现弹药安全与可靠的延时解保；当需要攻击目标时，微控制芯片给始发火工品换能元上电并发生电爆效应，起爆微型起爆药，并通过传爆药引爆下一级装药，弹药爆炸；当需要放弃攻击目标时，微控制芯片给电磁拔销器重新上电，再次解除对MEMS转子的限制，滚动小球在弹药高速旋转产生的离心力的作用下推动驱动杆带动转子转动开始转动，在MEMS转子转动后，微控制芯片立即给电磁拔销器断电，微控制芯片控制电磁拔销器上电到断电的时间t满足大于滚动小球推动驱动杆转过电磁拔销器上的销子且小于MEMS转子转动180度所需要的时间，断电之后电磁拔销器上的销子再次伸出电磁拔销器；当滚动小球推动驱动杆带动转子随着弹药高速旋转，转动至180度时，电磁拔销器与驱动杆再次形成约束，限制MEMS转子的转动并且传爆孔再次与下一级装药错位，弹药回到勤务处理状态，实现了可恢复球式MEMS安全系统的可恢复功能。
[0007]基板厚度为1000
±
50μm，MEMS转子的厚度为250
±
20μm，弹簧垫片厚度为60
±
10μm，滚动导槽的宽度和深度分别为1.5
±
0.2mm和400
±
20μm，驱动杆的厚度为250
±
20μm。
[0008]基板、滚动小球、弹簧垫片、轴向定子、限位弹簧销均采用金属镍基材料，MEMS转子
以及转子上的驱动杆采用硅基脆性材料。
[0009]限位卡扣为倒刺状，倒刺指向小球弹簧销装配槽或转子弹簧销装配槽的底部，小球限位弹簧销或转子限位弹簧销在后坐力作用下向下运动后，由小球弹簧销装配槽或转子弹簧销装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统，所述应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统安装在弹药的微型起爆药与下一级装药之间，其表面垂直于发射方向；在弹药中，始发火工品换能元和微型起爆药与下一级装药位置对正，始发火工品换能元通过导线连接至弹药的微控制芯片；弹药应用于高过载且高旋转的环境中，其特征在于，所述应用于高过载高旋环境的可恢复球式MEMS安全系统包括：基板、滚动导槽、滚动小球、小球弹簧销装配槽、小球限位弹簧销、轴向定子、弹簧垫片、MEMS转子、固定帽、转子弹簧销装配槽、转子弹簧销装配孔、限位卡扣、转子限位弹簧销、转子限位槽、电磁拔销器、驱动杆、限位机构、传爆孔和传爆药；其中，基板为平板状；在基板的上表面开设有圆环形的滚动导槽；滚动小球位于滚动导槽中，滚动小球的直径不大于滚动导槽的宽度；在滚动导槽内设置有小球弹簧销装配槽，在小球弹簧销装配槽内设置有小球限位弹簧销，小球限位弹簧销的表面高出滚动导槽，并且在小球弹簧销装配槽的内侧壁上设置有限位卡扣；在基板的中心设置轴向定子，轴向定子与滚动导槽共轴，均位于弹药的中心轴上；在轴向定子上依次套装环形的弹簧垫片和MEMS转子，MEMS转子的直径小于滚动导槽的内径，MEMS转子能够绕着轴向定子转动，弹簧垫片减小转动时的摩擦力，使MEMS转子在基板上转动过程中更加灵活；在轴向定子的顶端设置固定帽，固定帽的半径大于轴向定子的半径，从而限定轴向定子在与基板平行的平面内旋转；在基板上设置有转子弹簧销装配槽，在MEMS转子上相应的位置上设置有转子弹簧销装配孔，在转子弹簧销装配槽和转子弹簧销装配孔中设置有转子限位弹簧销，转子限位弹簧销的上端高于MEMS转子的下表面，并且在转子弹簧销装配槽的内侧壁上设置有限位卡扣；在MEMS转子的边缘设置两个驱动杆，两个驱动杆的连线经过中心轴，并且驱动杆的前端超出滚动导槽的平均半径；在每一个驱动杆的位于沿离心力方向的前侧边缘，设置限位机构；在滚动导槽内设置两个转子限位槽，两个转子限位槽的连线经过中心轴；在每一个转子限位槽内设置有电磁拔销器，电磁拔销器连接至弹药中的微控制芯片；在未通电状态下，电磁拔销器的销子顶端高于驱动杆的下表面，电磁拔销器的销子沿离心力方向的后边缘形状与驱动杆上的限位机构为互补的形状；在基板上开设有传爆孔，传爆孔与下一级装药距离中心轴的距离相等，且位于两个转子限位槽所在的过中心轴的直线上；弹药发射前，滚动小球位于小球限位弹簧销沿着离心力方向后，小球限位弹簧销限定滚动小球的位置不动，转子限位弹簧销伸出转子弹簧销装配孔限定MEMS转子固定不动，电磁拔销器不上电为自然状态，电磁拔销器位于驱动杆的限位机构内，进一步限制MEMS转子不发生旋转，此时传爆孔与下一级装药分别位于中心轴的两侧，即传爆孔与下一级装药错位，可恢复球式MEMS安全系统处于安全状态；当弹药发射时，弹药在发射筒内巨大的膛压作用下，开始产生位移，并在发射筒内膛线的作用下高速旋转，可恢复球式MEMS安全系统首先感知到后坐过载，后坐力使小球限位弹簧销和转子限位弹簧销，分别向小球弹簧销装配槽和转子弹簧销装配槽内运动，并由各自的限位卡扣分别限定在小球弹簧销装配槽和转子弹簧销装配槽内，解除对滚动小球的限制，此时弹药处于勤务处理状态下；滚动小球在旋转的离心力的作用下沿着滚动导槽运动并撞击MEMS转子上的驱动杆；当弹药在勤务处理状态下发现目标并要攻击目标时，微控制芯片给电磁拔销器上电，使得电磁拔销器上的销子吸入电磁拔销器中内，从而销子退出限位机构，并且顶端低于驱动杆的下表面，解除电磁拔销器对驱动杆约束，并不再限制MEMS转子的转动；滚动小球在弹药高速旋转产生的离心力的作用下推动驱动杆带动MEMS转子开始转动；在MEMS转子转动后，微控制芯片立即给电磁拔销器
断电，微控制芯片控制电磁拔销器上电到断电的时间t满足大于滚动小球推动驱动杆转过电磁拔销器上的销子且小于MEMS转子转动180度所需要的时间，断电之后电磁拔销器上的销子再次伸出电磁拔销器；滚动小球推动驱动杆带动转子随着弹药高速旋转，转动至180度时，驱动杆前侧的限位机构再次与电磁拔销器形成约束，限制MEMS转子的转动，传爆孔与下一级装药对正，此时弹药进入攻击状态，从而实现弹药安全与可靠的延时解保；当需要攻击目标时，微控制芯片给始发火工品换能元上电并发生电爆效应，起爆微型起爆药，并通过传爆药引爆下一级装药，弹药爆炸；当需要放弃攻击目标时，微控制芯片给电磁拔销器重新上电，再次解除对MEMS转子的限制，滚动小球在弹药高速旋转产生的离心力的作用下推动驱动杆带动转子转动开始转动，在MEMS转子转动后，微控制芯片立即给电磁拔销器断电，微控制芯片控制电磁拔销器上电到断电的时间t满足大于滚动小球推动驱动杆转...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄文忠，孙毅，吉童安，何博，赵悦岑，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：