机电一体化引信安全执行机构设计-机电毕业论文
2013-09-24 01:12
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摘 要: 介绍了机电一体化引信安全系统设计的工作原理
摘 要: 介绍了机电一体化引信安全系统设计的工作原理,分析了隔离机构受力及运动情况,论述了安全系统谐振设计的原理,给出了安全系统性能的主要参数。采用这种设计在导弹的实际使用中,取得了预期的效果。
关键词: 机电一体化; 引信安全; 设计
引言导弹引信安全系统的主要作用是为导弹(战斗部) 的保险、解除保险和向战斗部输出引爆能量,它是导弹安全系统和引爆系统中的重要环节。
目前国内比较流行的安全系统均为全机械错位式惯性隔离机构,国内大部分型号中使用的安全系统均属于这一类。虽然这类产品工艺比较成熟,但在满足新型号导弹使用要求时,其适应性受到很大的限制,如:钟延时机构和火药延时无法满足新型号导弹灵活多样的特性,在体积、质量和精度上更是无法满足要求。所以,采用机电一体化安全系统的设计,以满足新型导弹武器系统的要求。
机电一体化安全系统设计机电一体化安全系统的工作原理:
() 利用导弹发射时的过载,使电路工作,同时也使系统处于工作状态;(2) 当导弹二级发动机工作时,第一级机械保险解除,并在电路作用下解除第二道保险(远距离解除保险) ,系统隔离机构开始转换;(3) 当光电检测单元检测到正常信号,则第三道保险解除并使系统处于待爆状态;(4) 若光电检测单元检测到不正常信号,则电路产生信号使机构反向转换,传爆序列处于隔离状态,系统仍处于保险状态。 在新型导弹安全系统设计时,设计师们继承了传统设计理论,并采用一些新技术。该机构采用机、电、光一体化设计,使保险零件、保险器、被保险零件均在隔离机构上实现。由于该隔离机构件集环境能源检测、非环境能源检测、保险机构、隔离、光电检测单元、传爆序列等功能于一身,因此该组件在结构和功能上十分复杂,结构精度要求也相当高。但随着加工技术和能力的不断提高,对批量生产这样一个复杂结构体,已不存在任何困难。
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. 保险机构在安全执行机构设计中,要求不得少于两道相互独立的保险。为了既满足设计要求,又不增加体积和质量,所以设计了三道完全不同功能的保险,且不降低产品的可靠性。
a. 惯性机械保险按实际弹上能源发射后保持的过载,设计了一种机械保险,解除保险过载定在不超过导弹过载的一半,其组成部分主要为惯性件和弹簧。
在惯性件和其受力确定后,按照解除保险要求的行程,即根据弹簧的刚度,设计了相应的弹簧参数K 为K =Gd48 ND3 ()式中, d 为弹簧钢丝直径,mm; D 为弹簧中径,mm; N 为弹簧有效圈数; G 为材料剪切弹性模量,MPa 。
从式() 可以看出:在材料选定后,其他参数仅受到结构尺寸的限制。由于惯性件受力小于5g ,选用的钢丝直径不大于0. 5mm ,而刚度与钢丝直径成4 次方比例关系,故对尺寸精度的要求很高。
为了防止弹簧在后处理(如面处理等) 中发生变化,现采用不锈钢丝。经几批产品使用比较,情况远比碳素钢丝好。
b. 电作动器保险惯性机械保险在一定程度上受到使用条件的限制,特别是其容易在导弹勤务处理过程中造成误解保。
电作动器保险则不存在这种问题,其原理主要是依靠电路作用完成火药燃烧,产生的气体压迫活塞销运动完成结构动作,从而达到保险和解除保险的功能。电作动器的体积为<6. 5mm ×4mm ,并采用密封结构,故用相当少的药量燃烧即能完成要求,且不影响系统其他组成部分的工作和性能。
由于电作动器完全由电路驱动,且不受任何弹上环境力影响,故不会因勤务处理中受到的各种环境力而解除保险,从而保证导弹武器的安全。
而当导弹发射后,在电路的作用下就能解除电作动器的保险。
c. 光电检测单元在设计了上述两个功能完全独立的保险后,另外还使用了光电检测,作为安全系统的最后一道屏障。当安全执行机构的隔离机构开始转动时,即前二道保险解除后,转换机构依靠发动过载工作。
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若过载正常,则光电检测正常,可使第三道保险解除,传爆序列处于待爆状态;若过载反常,则通过光电组件检测控制,可使隔离机构无法继续进行,系统处于安全(瞎火) 状态。所以,光电检测单元有两个作用:
一是完成最终解除保险动作;二是在导弹系统产生故障时,将安全执行机构强制锁在保险状态。
. 2 传爆序列及隔爆在本系统中,传爆序列主要是指电雷管起爆,并引爆传爆管,经传爆管能量放大后,再向战斗部输出能量。在结构形式上,仍采用端面2端面的引爆方式。
当处于安全状态时,依靠安全系统中的隔离机构将电雷管能量输出端面,与传爆管能量输入端面隔开,同时传爆管的能量输出端面也同战斗部输入端面隔离,形成安全隔爆;当解除保险时,各部分传爆面完全处于端面对端面状态,一旦电雷管起爆,即能在很短时间内引爆战斗部。
另外,结构设计时,电雷管与传爆管之间采用2. 5mm 厚的铜板加以隔离,在传爆管与战斗部之间用6mm 铜板进行隔离。
经雷管与传爆管可靠启爆、安全隔爆试验,和引信产品的各种地面试验,证明该设计完全能满足导弹使用要求。
. 3 总体结构布局该系统是面向便携式导弹设计的,所以基本采用隔离机构在中央,其他辅助机构、部件、电路在其周围的布局。这种方式能充分利用<7mm×37mm 体积,并将各种非关键配套部件与不规则圆弧面按配合方式设计,使有效空间发挥最大作用。
2 隔离机构受力及运动情况分析
研制安全系统,均离不开对结构件的受力分析。在新安全系统的设计过程中,对隔离机构力的分析尤其重要。在受力分析的基础上,更好地为设计工作提供依据,隔离机构的
力学模型如图2 所示。
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由于安全系统在综合环境能源方面,仍采用导弹发射和二级发动机飞行过载及弹组件等,虽然组件的受力情况比较复杂,但力基本上可归纳到恒定力和线性力,所以分析理论依据时仍保持原设计框架,只是综合性和计算复杂程度提高了许多,故不会给设计工作带来太大的困难。
在该保险系统中,其功能集中体现在隔离机构上,当然受力情况也集中体现在组件上,
