一种环境力驱动的复合材料MEMS安解装置
本发明属于微机械电子领域，特别是一种环境力驱动的复合材料mems安解装置。
背景技术：
1、随着现代战争的不断发展，微机电系统(micro electro-mechanical system，mems)技术作为一项近些年发展迅速的高新技术，在国防领域的应用为引信微型化、集成化、智能化的发展起到重要作用。目前的机械式引信虽然有着可靠性高的优点，但是随着引信小型化的要求不断提高，作为引信关键部件的传统安解装置已经难以满足引信体积减小的需求，mems安解装置是未来引信实现小型化，智能化的一个重要发展方向。
2、目前的mems安解装置主要分为硅基mems安解装置和非硅mems安解装置。其中，主要采用drie工艺、soi工艺并可通过掺杂等工艺与微电子一体化加工制造的硅基mems安解装置因其集成化程度高，适于大规模生产的优点成为了未来mems安解装置的一个主要发展方向，但是目前的硅基mems安解装置存在着隔爆可靠性差，抗高过载能力不足的问题。2010年pezous等在integration of a mems based safe arm and fire device中提出了一种mems安解装置，该装置由多层结构组合而成，每层结构分别为不同的功能单元，其最上层为电路逻辑层，中间为硅基安全起爆器，最下层为机械保险层，但其封装后尺寸较大，无法满足如今引信小型化的要求。2018年娄文忠等在explosion suppression mechanismcharacteristics of mems s&a device with in situ synthetic primer设计了一种硅基mems安解装置，其采用“狗骨梁”式加速度阈值判定机构作为环境力感知机构，主要包括隔爆滑块，隔爆滑块限位装置，隔爆滑块反缓冲装置。该结构具有较小的尺寸、功耗低、加工样品一致性好等优势；且具有对弹道环境感知能力强、安全与解保控制系统工作可靠性高特点，但是该系列mems安解装置的离心阈值较高，不适用于大口径弹药的使用。2017年胡腾江等人在integration design of mems electro-thermal safety-and-arming devices中设计制造并测试了一种新型mems引信，该mems引信中间层采用硅基mems安解装置，该硅基mems安解装置由四个v型电热驱动器以及带有滑块的微梁组成，其原理为利用电热驱动器将传爆通路中的滑块结构移开，从而实现引信安全状态与待发状态之间的转换，但是硅基结构的隔爆滑块无法保证mems安解装置的隔爆可靠性。2019年胡腾江等人在theresearch on mems s&a device with metal-silicon composite structure中对电热驱动器驱动的硅基mems安解装置进行改进，新的硅基mems安解装置采用硅金属复合材料的滑块，大大增强了mems安解装置的隔爆可靠性，但是该mems安解装置的解保环境单一，不符合《引信安全性设计准则》的要求，且其金属层功能单一，只起到保护的作用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种环境力驱动的复合材料的mems安解装置，以提高引信安全系统的可靠性、安全性。
2、实现本发明目的的技术解决方案为：
3、一种环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，包括依次设置的上盖板，硅基功能层，金属基滑块层，下盖板；
4、所述上盖板上设有上传爆孔，下盖板上设有下传爆孔，上传爆孔和下传爆孔对正布置；
5、所述硅基功能层上设有硅基隔爆滑块、后坐保险机构和指令锁保险机构；
6、所述金属基滑块层上设有金属基隔爆滑块、闭锁梁；金属基隔爆滑块和闭锁梁共同构成离心闭锁机构；
7、所述硅基隔爆滑块、金属基隔爆滑块相连共同构成隔爆滑块；隔爆滑块上设有传爆孔；
8、所述后坐保险机构，作为安解装置的第一道保险，能够沿平行弹轴方向运动与隔爆滑块分离，以解除第一道保险；所述硅基隔爆滑块与硅基功能层之间设有勤务状态下使后坐保险机构无法运行的阻滞结构；
9、所述指令锁保险机构，作为安解装置的第二道保险，在第一道保险解除的状态下并在离心力驱动隔爆滑块移动后，以对隔爆滑块进行限位；在解保信号作用下解除对隔爆滑块的的第二道保险；
10、隔爆滑块在离心力的作用下继续运动并与闭锁梁接触，闭锁梁对隔爆滑块进行对正并限速，最终完成对隔爆滑块的闭锁，传爆孔与上、下传爆孔对正，完成解保。
11、本发明与现有技术相比，其显著优点是：
12、(1)本发明通过采用硅-金属复合结构，并以环境力驱动的方式增加了mems安解装置的安全可靠性，将硅基层和金属层之间的功能有机的结合在一起，硅基功能层能够可靠而精确的保证mems安解装置的安全，金属滑块层在感受外界环境力的同时也增加了mems安解装置的抗高过载性能和隔爆性能；大大提高了现有mems安解装置的小型化水平和智能化水平；
13、(2)本发明通过采集弹药发射以及飞行过程中的多种信号，利用多道保险之间严格的时序关系，提高了mems安解装置的安全可靠性，在引信解保过程中的多种信号由有机结合的硅基功能层和金属层滑块层共同感知并识别；
14、(3)本发明的硅基后坐保险机构采用新型的曲线形z形齿阈值识别机构，在提高了结构抗高过载能力的同时增加了结构的阈值识别能力。
15、(4)本发明采用硅基u形电热驱动器作为指令锁保险机构，相比于传统的指令锁保险机构不仅提高了结构的一体化水平，还提高了结构与电路的集成能力，大大减小了结构封装后的尺寸。
16、(5)本发明的离心闭锁机构利用摩擦的方式对隔爆滑块的运动进行限速与对正，大大提高了结构的闭锁可靠性与结构安全性。
技术特征：
1.一种环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，包括依次设置的上盖板，硅基功能层，金属基滑块层，下盖板；
2.根据权利要求1所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述后坐保险机构包括后坐锁钩、后坐弹簧、后坐锁头、后坐卡销；
3.根据权利要求2所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述后坐卡销两侧以及后坐保险机构活动槽两侧均设有曲线形z形齿，作为硅基隔爆滑块与硅基功能层之间的阻滞结构。
4.根据权利要求1所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述指令锁保险机构包括u形电热驱动器、柔性变形梁、指令锁卡销、电热驱动器卡销；
5.根据权利要求1所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述隔爆滑块上远离弹轴的一端两侧设有锁头，两个闭锁梁与金属基框架相连，两个闭锁梁关于金属基隔爆滑块对称布置，用于对锁头的闭锁。
6.根据权利要求5所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述闭锁梁由能够产生柔性变形的闭锁梁柔性区和与隔爆滑块相互作用的闭锁梁功能区共同组成；所述隔爆滑块能够在离心力的驱动下沿垂直于弹轴的方向运动，并与闭锁梁功能区接触并挤压；在隔爆滑块通过闭锁梁功能区后，由闭锁梁功能区和金属基框架共同实现对隔爆滑块的闭锁。
7.根据权利要求1或5所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述隔爆滑块上设有多处镂空孔。
8.根据权利要求1所述的环境力驱动的复合材料的引信mems安解装置，其特征在于，所述金属基框架上设有后坐保险机构观察窗。
技术总结
本发明公开了一种环境力驱动的复合材料MEMS安解装置，包括硅基功能层、金属基滑块层以及上下盖板；硅基功能层包括隔爆滑块的硅基部分、硅基框架、指令锁保险机构以及后坐保险机构，滑块层包括金属基框架、隔爆滑块的金属基部分以及闭锁机构。硅基功能层与金属基滑块层之间通过隔爆滑块和框架间胶粘或者键合的方式连接在一起。指令锁保险机构主要由U形电热驱动器以及卡销组成；后坐保险机构主要由带有Z形齿的弹簧质量块系统组成，隔爆滑块由两层组成并开有传爆孔以及调整质心位置的空槽，其上开有与保险机构相互作用的两个卡槽。闭锁机构主要由闭锁梁以及隔爆滑块上的锁头组成。提高了硅基MEMS引信安解装置的整体可靠性以及安全性。
技术研发人员：聂伟荣,王鹤,曹云,雷胜洪
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23