引信微机电万向开关的结构设计与数值模拟分析

发布时间：2023-04-17 05:09

　　微机电系统(Micro Electromechanical System, MEMS)技术极大的促进了引信系统微型化的发展。本文以用于控制起爆电路的万向开关为研究对象,对引信MEMS万向开关进行了性能分析。万向开关不但要能够感受加速度信号,而且要在加速度达到一定阈值时执行开关动作。 首先对万向开关所处的引信环境进行了分析,提出了万向开关适应引信环境所需的多项性能指标,例如响应时间短、接触时间长、万向性、抗高过载以及抗飞行干扰等。对万向开关的工作原理和理论模型进行了研究和阐述。根据指标要求,对万向开关的结构进行设计,并分析了结构尺寸对开关性能的影响。 其次,利用有限元仿真分析,对万向开关结构进行了静力学分析和动力学分析,以验证开关结构是否具有良好的万向性、抗高过载能力、较快的响应时间和较长的接触时间。另外,通过仿真研究得到了影响万向开关性能的关键参数,比如支撑弹簧的半径和线宽。确定了万向开关的具体结构尺寸,通过对具体结构仿真得到,开关的响应阂值为300g,响应时间为110μs。 最后,在完成万向开关的结构设计之后,采用Coventor Ware软件对开关进行了工艺仿真模拟。

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 MEMS技术基本概念及特点
    1.3 MEMS技术的在引信中的应用
    1.4 国内外MEMS万向开关发展现状
        1.4.1 断续型MEMS万向开关
        1.4.2 保持接通型MEMS万向开关
    1.5 本文主要研究工作
    1.6 本章小结
2 引信MEMS万向开关的工作环境和技术指标
    2.1 万向开关在引信中的应用环境
        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 撞击目标环境
    2.2 万向开关的指标要求
        2.2.1 万向性要求
        2.2.2 快速响应和可靠接触要求
        2.2.3 抗过载要求
    2.3 本章小结
3 引信MEMS万向开关结构设计
    3.1 万向开关结构
        3.1.1 保持接通型开关
        3.1.2 断续型开关
    3.2 万向开关理论计算
        3.2.1 万向碰撞开关的工作原理
        3.2.2 万向碰撞开关的动力学模型
    3.3 万向开关中的空气阻尼
        3.3.1 阻尼类型
        3.3.2 阻尼力计算
    3.4 万向开关支撑弹簧和缓冲弹簧的设计
        3.4.1 支撑弹簧形状的设计选择
        3.4.2 缓冲弹簧的设计
    3.5 万向开关质量块的设计
    3.6 本章小结
4 引信MEMS万向开关的仿真分析
    4.1 有限元法、ANSYS和Workbench
        4.1.1 有限元法介绍
        4.1.2 ANSYS简介
        4.1.3 Workbench介绍
    4.2 万向开关的静力学分析
        4.2.1 支撑弹簧形状的确定
        4.2.2 开关的万向性
        4.2.3 质量块与碰撞台阶间隙的确定
        4.2.4 支撑弹簧线宽和半径的确定
    4.3 万向开关的模态分析
    4.4 万向开关的瞬态动力学分析
        4.4.1 碰撞台阶断开与连续对万向开关性能的影响
        4.4.2 支撑弹簧线宽对万向开关性能的影响
        4.4.3 开关的响应阈值
        4.4.4 开关的万向性分析
    4.5 开关的抗过载分析
    4.6 开关参数的确定
    4.7 本章小结
5 万向开关的MEMS工艺技术研究
    5.1 MEMS加工工艺
        5.1.1 LIGA技术
        5.1.2 UV-LIGA技术
    5.2 加工工艺软件模拟
        5.2.1 Coventor Ware介绍
        5.2.2 万向开关加工工艺
    5.3 本章小结
6 总结和展望
    6.1 论文总结
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3792638