MEMS万向惯性开关结构设计研究仿真(2)
结 论 43
致 谢 44
参 考 文 献 45
1 绪论
1.1 选题背景
引信又称信管，是装在炮弹、炸弹、地雷等上的一种引爆装置。引信是利用目标信息和环境信息，在预定条件下引爆或引燃弹药战斗部装药的控制装置[1]。它的基本功能是保障战斗部的平时安全并且利用环境信息和目标信息或按指令，在相对目标最佳位置和时机引爆或引燃战斗部装药[2]。它能否成功作用直接决定了武器系统与目标对抗的成败。
现代引信技术发展的重点是在引信中加大信息和控制技术含量。微机电系统（MEMS）是可以融信号探测、信息处理与逻辑控制及机械机构于一体的系统，它具有体积微型化的特点，并有可大批量、低成本生产的潜在优势，恰恰适应了引信的发展需求。微机电系统技术的发展推动了引信技术的发展，已经成为21世纪提高引信性能的重要技术途径[3]。
由于引信在撞击目标时着角和部位是随机的、不确定的，所以引信感受到目标带来的阻力也有很大的不同，为了能使开关顺利闭合而引入了万向开关，万向开关是引信触发起爆或者辅助起爆的主要元件，它能够在引信较大的着角范围内快速闭合，以达到最佳毁伤效果。
传统引信中所使用的开关多为机械式开关，和传统的机械式开关相比，MEMS万向开关具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的优越性能，而且能够实现万向的作用，它必定成为21 世纪引信的新宠。然而，目前国内MEMS万向开关的研究和发展几乎还处于空白状态，更没有实现商品化，所以该方向有着巨大的发展前景。
我国 MEMS 的研究始于20 世纪90 年代初，起步并不晚，在“八五”、“九五”期间得到了科技部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委和原国防科工委的支持。10年来研究队伍逐步扩大，在新原理微器件、通用微器件以及初步应用等方面取得了较大的进展。但是由于历史原因造成的条块分割、力量分散，再加上投入严重不足，尽管已有不少成果，但在质量、 性能、价格以及商品化等方面与国外差距还很大。我国对MEMS引信的研究还只是在某些单项技术上进行初步的研究，开展MEMS 引信设计技术基础研究已经是刻不容缓[4]。
1.2 本文的主要研究工作
本论文的主要研究内容为MEMS万向惯性开关结构设计研究，课题要求设计一个微加速度万向触发开关结构，在受到任意方向冲击加速度的作用时能完成闭合。其主要研究工作如下：
1、引信环境对MEMS万向开关的影响。由于对引信作用的环境因素很多，包括环境力、各种物理场、气象环境因素等。因此引信环境十分复杂，它包括勤务处理环境、发射环境、飞行环境和撞击目标环境，在各种不同的环境下对开关有不同的性能要求，所以本论文首先分析引信所处的环境对开关的影响，进而提出引信应满足的技术指标，这样才能设计出符合要求的万向开关结构。
2、引信MEMS万向开关结构设计。查阅文献中关于MEMS万向开关的研究，并针对课题的要求以及相应的技术指标，设计一个满足要求的MEMS万向开关的整体结构，确定各结构特征的基本尺寸。并且对其进行仿真，进行结构方面的改进，直到满足设计要求。
3、引信MEMS万向开关结构仿真和优化。利用ANSYS Workbench 对万向开关进行模态分析和瞬态动力学分析，验证开关撞击目标之后闭合的可靠性和它的抗过载能力，并确定开关的响应时间、接触时间和接触面积等，并针对技术指标，改变开关的尺寸，对开关进行优化，最终得到比较优化的结构。
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