




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、,先进火工品技术,王 茜,1. 火工品总体发展趋势,常规火工品,结构复杂,体积较大,功能单一,先进火工品,结构简化,灵巧微小,功能多样,智能化,一体化,MEMS火工技术 激光点火技术 激光起爆技术 半导体(SCB)桥 爆炸网络 直列式火工品,2. 先进火工技术,国内外现阶段 研究最多,3. MEMS火工品技术,(1) MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems,微机电系统) 采用微细加工技术和微装药技术将多个含能单元、微机械系统和微电子电路集成为具有多功能的含能模块或含能芯片。,(2)MEMS火工品特点:,特点,微型化,集成化,多功能化,高可靠性 高精度,批量化
2、,低成本,(3)MEMS火工品制造技术,体硅工艺,UV,甩胶,光刻,显影,刻蚀,基片,光刻胶,(3)MEMS火工品制造技术,牺牲层工艺,(3)MEMS火工品制造技术,LIGA工艺,4.典型 MEMS火工品,含能桥箔(Energetic Bridge),4.典型 MEMS火工品,微推进芯片(Micro Thruster Chip),MEMS体工艺,4.典型 MEMS火工品,微型引信(Micro Fuse),4.典型 MEMS火工品,微型火箭(Micro Rocket),特 点,光不受电磁波的影响 光纤传输与电绝缘 结构简单 系统质量轻 排除桥腐蚀失效 后电阻效应,12.1 激光点火,(1)选择用
3、光纤传输的激光作为点火能源的理由,(2)激光点火原理 当激光作用于药剂表面时,一部分能量被反射,另一部分能量入射到药剂表面,并在极薄的表面药层内被吸收,这种吸收和反射主要取决于药剂的光学性质。由于光热效应,药剂所吸收的激光能量转化为热量,使其表面温度上升,发生热分解,甚至出现不可逆的燃烧化学反应。,典型的激光点火曲线,(3)激光点火过程的三阶段 含能材料吸收入射激光能量,因为光热效应,药剂表面被加热; 含能材料因为被加热,发生凝聚相化学反应,温度继续升高; 不仅药剂表面发生凝聚相化学反应,而且表面上方也存在气相化学反应,这一阶段认为点火已经发生。,初始条件:t=0,T=T0(x0) 边界条件:
4、x=0, (t0) 式中:I-炸药表面处激光束能量密度; -炸药对激光的吸收系数。,(4)激光点火过程中的热平衡方程,(5)激光点火/起爆系统的组成,激光器,聚焦透镜,光纤耦合器,激光点火/起爆器,驱动电源,保险与解除保险装置,(6)激光点火器类型,(a)插入式耦合 (b)接触式耦合 (c)间接式耦合 1点火药 2壳体 3光纤 4透窗,阶跃光纤:纤芯的折射率是常数,梯度光纤:纤芯折射率由轴心沿径向逐渐减小,自聚焦特点,(7)光纤类型,激光直接辐射含能材料的原理示意图,(8)激光与含能材料作用类型,激光间接辐射含能材料的原理示意图,激光束烧蚀镀在透窗表面上的金属膜原理图,(等离子体),(9)激光
5、点火器设计,1.激光点火器结构设计 三种结构的优缺点 2.激光点火器装药设计 美军标MILSTD1901中B/KNO3 是直列式点火系统唯一的许用点火药,因此激光点火器装药首选B/KNO3 。 装药设计包括:配比、压药压力、粒度及掺杂等。,(a)B/KNO3配比设计,配比对B/KNO3感度和点火时间的影响,(b) B/KNO3装药粒度和压药压力设计,配比=33:67,(c)其它点火药的激光点火特性,(10)激光点火系统参数对点火特性的影响,1. 激光功率、波长和脉宽(激光参数)对点火特性的影响 功率大,表示单位时间内激光器传递给药剂的能量多,药剂表面得热速率较大。因此,可以缩短点火时间。但是随
6、着功率增大,存在一个最小值。 药剂对激光能量的吸收具有波长选择性。对B/KNO3点火药,分别用808nm和980nm的激光进行试验,对应的功率阈值分别为0.32W和0.67W。 如果点火时间小于激光的脉宽,则脉宽的大小对点火时间没有影响;反之,则脉宽长,点火时间短。,2. 能量损耗对激光点火系统的影响,对于用光纤传输能量的激光点火系统来说,能量的损耗主要有:激光器光纤耦合损耗、光纤传输损耗、光纤光纤耦合损耗、光纤输出端面质量造成的损耗等。 前两个主要取决于激光器和光纤的制造水平,因此,在设计系统时,重点考虑后两种损耗对激光点火性能的影响。,3. 光纤直径对点火特性的影响,激光器:1.06m钕玻
7、璃激光器,脉宽2.4ms,4. 激光点火系统可靠性裕度确定,激光点火系统的可靠性大于0.999 根据国外的经验,高可靠性下的刺激量的确定是通过裕度系数来保证的。 对激光点火器而言,裕度系数为2时就能可靠发火。 对系统而言,需考虑光纤损耗、接头损耗、耦合损耗对点火器的作用裕度后,才能得到系统作用可靠的激光能量。经折算,激光器功率约为点火器点火阈值的10倍时,激光点火系统才保证可靠作用。,5. 激光点火与桥丝点火性能的比较,二极管激光器,12.2 激光起爆技术 (1)高能炸药的激光起爆方式 激光直接与高能炸药作用(与桥丝式电雷管在作用相似); 激光通过炸药表面的薄金属膜的快速加热而作用(与EBW式
8、电雷管作用相似); 激光通过烧蚀一金属箔产生一高速飞片撞击高能炸药而作用(与EFI式电雷管作用相似)。,激光起爆系统组成:激光器、光纤、激光雷管,激光直接起爆炸药技术 实施途径: 一是用激光点燃起爆药完成爆燃转爆轰(不采用); 二是采用全猛炸药的爆燃转爆轰结构 关键:窗口材料选择及密封工艺 窗口材料的选择基于:材料的折射指数、雷管所需密封强度、窗口材料的热导率、窗口与壳体之间的热膨胀关系等。蓝宝石、P玻璃 激光飞片雷管原理及设计,12.3 半导体桥火工品技术 (1)SCB火工品的作用机理,硅的电阻率与掺杂浓度和温度的关系,(2)半导体桥的结构和制造工艺,SCB制造工艺流程图,(3)半导体桥火工
9、品基本特点,安全电流高 桥材料的负温度系数,有利于降低发火能量 桥热容小,有利于降低发火能量 瞬发度高,几类电雷管的发火性能对比表,(4)半导体桥火工品设计,半导体桥设计 桥电阻1,高掺杂71019个原子/厘米3,电阻率约为7.6104cm 厚度:2m,L/W1:3.8 电阻为1欧姆 典型尺寸为100 m380 m2 m,半导体桥芯片加工工艺和封装结构设计,(1)半导体桥芯片加工工艺 (2)半导体桥封装结构设计 陶瓷封装,SCB芯片放在陶瓷塞的凹槽内,采用多股焊丝用超声波焊接。,1下半壶形铁芯;250匝初级线圈;3半导体桥; 4聚酰亚胺薄片包覆1匝次级线圈; 5上半壶形铁芯;6药柱 导弹点火器
10、,通过线圈将导弹上的高压变低压,而引燃点火药,(5)SCB火工品介绍 点火装置,起爆装置,1-电容器 2-耐蚀管壳 3-输出开关 4-盖片 5-炸药 6-SCB 7-微电子代码模块 8-光电代码发火信号 9-接地 10-输入电源 灵巧SCB雷管,装药为氮化铅、泰安,药量3080mg,1-触发电路 2-电子开关 3-SCB 4-绝缘塑料飞片 5-圆筒 6-炸药 7-输入电路 8-飞片装置 SCB冲击片雷管原理图,1、5-密封盘 2-挡板 3-发射药柱 4-波纹弹垫 6-点火药柱 7-电极塞 8-外壳 半导体桥推冲器,用于精确制导导弹弹道末端修正弹道,动力源装置,装药为TiH1.65 /KClO4
11、时,桥丝式和半导体桥推冲器性能对比,(6)SCB火工品的发展趋势 一是降低制造成本; 二是钝感化; 三是小型化,满足现代小型引信的发展要求; 四是安全、精确。,新型SCB桥(光电半导体桥火工系统-光起爆电发火系统) 作用原理: 火工品内部的微型电路和光电转换装置,将来自光纤的光能转换成电能,利用半导体桥使药剂点火。 优点: 系统的每一个动作都可以有独立的保险/解除保险装置;系统具有钝感化、质量轻等特点;能控制多个有次序事件的作用并且作用迅速;满足直列式点火系统的安全性要求等。,12.4 爆炸网络技术,(1)概念及分类 爆炸网络是一种由爆炸元件构成、通过爆轰信号传递起爆指令的火工系统。 爆炸元件
12、指的是能够传递和调制爆轰信号的装药体或装药结构。 装药载体的不同:可以分为刚性网络和柔性网络 根据功能不同,可分为爆炸逻辑网络、同步起爆网络和异步起爆网络 常用的有:爆炸逻辑网络、刚性同步起爆网络,(2)爆轰波拐角现象,拐角效应和聚波效应,拐角效应和聚波效应示意图,(3)爆炸逻辑元件和网络 爆炸逻辑零门,爆炸逻辑零门原理: 利用小尺寸装药爆轰波传播的拐角效应,由 两个装药尺寸相同的相互垂直的通道构成。,爆炸逻辑网络 爆炸逻辑网络是由零门和其它爆炸线路组成的具有逻辑判断和运算功能的爆炸网络,它采用类似电路的方法实现了爆炸的逻辑功能。 特点: 自选择性:通过内部逻辑判断实现输出方式的选择; 减少保
13、险机构的数量:少输入可产生多选择输出; 抗干扰性:炸药通道不受外界电磁环境的干扰。 类型:单输出、多选一输出两类。 单输出:二入一出、三入一出 多选一输出:四入八出,(4)几种典型的爆炸逻辑网,12.5 直列式点火起爆序列 (1)直列式点火起爆序列 在传爆通道中无隔爆装置的序列。 用于非隔断式爆炸序列的电发火的起爆器应符合下列要求: 1.满足MIL-I-23659B类起爆器所列的相应特性; 2.不能被低于500V的电压不安全起爆或性能衰变; 3.当电子保险和解除保险装置暴露于闪电、特定的电磁辐射、静电放电、电磁脉冲和核辐射环境中时不应被起爆。 目前的主要应用是冲击片起爆技术。,(2)冲击片雷管结构,主要由金属箔、飞片、加速膛、炸药柱等组成,具有保险与解除保险功能的冲击片雷管原理图 1爆炸箔;2飞片;3隔板;4滑动装置;5加速膛;6炸药柱,(3)冲击片雷管具有以下特点 起爆阈值能量高(数千伏) ,抗静电、杂散电流、射频环境; 不含起爆药和松装猛炸药; 电爆炸箔起爆器耐高温、低温等自然环境,作用时间小于1s; 桥箔是印刷电路元件,可以大批量自动化生产,制造成本低 。,(4)影响冲击片雷管性能的主要因素 桥箔材料及厚度 常用的桥箔材料为铝或铜 ,厚度为4m75m 飞片材料及厚度 聚酰亚胺膜 ,飞片厚度与桥箔厚度有一定的匹配关系。通常飞片厚度约为桥箔厚度的5倍1
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 建筑类教学课件下载
- 哪里看教学常态课件
- 心理学基础(第2版) 课件 第11章 情绪
- 如何上高跷教学课件
- Brand KPIs for milk:Gowardhan in India-英文培训课件2025
- 2025年star行为描述面试法含答案
- 小学生社会综合治理课件
- 社交媒体平台舆情监测与危机公关策略优化与升级报告2025
- 学前教育机构师资队伍建设与教师激励机制优化报告
- 代理记账风险管理办法
- 2023年上海市教师招聘考试《教育心理学》考前模拟题及答案
- ZAPI交流故障表 萨牌代码
- 天津某市政道路排水工程基坑钢板桩支护施工方案
- 多发伤患者护理
- 2023年感动中国十大人物颁奖词-范文汇编
- 四员一长抽考题库
- 鲁班奖大型游乐场施工组织设计
- 牛津译林版小学英语二年级下册同步练习试题(全册)
- YY/T 1792-2021荧光免疫层析分析仪
- SB/T 10029-2012新鲜蔬菜分类与代码
- GA/T 1536-2018信息安全技术计算机主机安全检测产品测评准则
评论
0/150
提交评论