CN104613828B - 一种用于旋转弹药的mems离心保险机构及其保险方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋转弹药的MEMS离心保险机构及其保险方法。本发明采用一体化加工在基板上的弹性梁连接离心质量块，离心质量块上固连的离心挡板嵌入滑块的底部凹槽约束滑块，在勤务处理出现意外跌落或滚动时，弹性梁都能保证离心质量块及与之固连的离心挡板在初始位置，从而确保离心挡板对滑块的约束，使得传爆孔与传爆通道隔离，确保安保装置安全；若发射出现异常，弹性梁仍能带动与离心质量块固连的离心挡板回到初始位置约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。本发明适用性广，适用于各种旋转弹药的MEMS安保装置中；与基板一体化加工，减少了装配环节；便于模块化、通用化设计，易于批量生产，成本低廉。

Description

一种用于旋转弹药的MEMS离心保险机构及其保险方法

技术领域

本发明涉及旋转弹药技术，具体涉及一种用于旋转弹药的免装配平板式MEMS离心保险机构及其保险方法。

背景技术

弹药包括引信和战斗部；其中，战斗部中设置引爆***；引信包括安保装置、起爆控制电路以及火工品，安保装置保证弹药在勤务处理过程中(装配、搬运、运输、存储以及装填)以及达到远解距离前不引爆，在靠近目标或者撞击目标后，起爆控制电路控制火工品起爆，引爆战斗部中的引爆***。近几年随着新技术的大量涌入，新的战场环境的不断拓展，对引信要求也不断提高，同时，现代武器装备对弹药性能及毁伤效能要求也在不断提高。这就要求在现有弹药的固有体积中，增大装药量并压缩引信的空间。各种传感器、电子模块在引信中的应用，使得安保装置的体积进一步压缩，而近几年随着新技术的不断更新，微机电***(Micro-Electro-MechanicSystem,MEMS)结构成为一种趋势，MEMS有着***微型化、批量生产成本低、集成化程度高等特点，这些特点与安保装置小型化的需求十分吻合，因此MEMS安保装置的研究将成为未来MEMS引信研究中的重要一环。离心保险机构作为安保装置的一个重要组成部分，起着重要的安全作用。离心保险机构是防止安保装置在勤务处理过程中发生意外作用，在预定条件下能解除保险的机构。传统的离心保险机构主要包括压缩圆柱簧和离心块，装配环节繁琐并且占用空间大，严重的限制了安保装置的小型化。因此，急需一种适用于MEMS安保装置的离心保险机构，在满足安保装置的小型化，减少装配环节的同时，实现传统离心保险机构的所有功能。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于旋转弹药的免装配平板式MEMS离心保险机构，具有尺寸微小、易于批量生产、成本低、与基板一体化加工以及免装配等优点，并能够实现传统的离心保险机构的所有功能。

本发明的目的在于提供一种用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构。

安保装置包括在引信体内部的滑块、基板、卡座、卡头、闭锁挡板、弹簧和传爆孔；其中，基板设置在引信体的内表面，基板的一端安装弹簧，另一设置卡座；滑块的一端通过弹簧连接在基板上，滑块的另一端与卡座相对应的位置设置有卡头；滑块的顶部设置有顶部凹槽，设置在基板顶部的闭锁挡板通过顶部凹槽嵌进滑块的顶部；在滑块上设置传爆孔。在勤务处理状态下，传爆孔与传爆通道隔离。

引信中的安保装置位于火工品的敏感药和导爆药之间，敏感药和导爆药所在的通道称为传爆通道。当处于勤务状态时，安保装置中的传爆孔与传爆通道隔离，安保装置确保导爆药不能被意外引爆；当弹药发射时，安保装置中的传爆孔与传爆通道对正，安保装置解除保险，引信进入待发状态。

本发明的离心保险机构与卡座、闭锁挡板和基板一体化加工，形成一个整体，离心保险机构包括：弹性梁、离心质量块、离心挡板和底部凹槽；其中，弹性梁的一端与基板连接，另一端连接离心质量块；离心质量块的顶部固连离心挡板；滑块的底部与离心挡板相对应的位置设置有底部凹槽，离心挡板通过底部凹槽嵌入滑块的底部；在平时状态下，离心挡板受弹性梁的约束，保持在滑块的底部凹槽处，滑块受离心挡板和闭锁挡板的共同约束，限制在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；在发射状态下，离心质量块受到离心力，并带动与之固连的离心挡板脱离底部凹槽，并且离心质量块的底部与引信体接触，解除对滑块的约束，同时闭锁挡板脱离顶部凹槽，解除对滑块的约束，滑块沿弹簧与卡座连线的方向运动直至卡头卡入卡座，传爆孔与传爆通道对正；当弹药发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火，弹药落地停止旋转时，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，并约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。

本发明的离心保险机构为平板式，可采用硅基工艺加工，也可以采用镍基工艺或者精细加工工艺加工。

弹性梁的材料采用硅、镍或者铍青铜。当进入发射状态，弹药高速旋转，离心质量块受到离心力，从而弹性梁变形弯曲，并带动与离心质量块固连的离心挡板脱离底部凹槽，最终离心质量块的底部与引信体接触，使得弹性梁未发生大的变形，从而在发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火后，弹性梁能够保持足够的回弹，带动质量块及与之固连的离心挡板，重新回到底部凹槽，约束滑块。

在平时状态下，离心挡板受弹性梁的约束，保持在滑块的底部凹槽处，滑块受离心挡板和闭锁挡板的共同约束，限制在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；在平时勤务处理意外跌落时，当跌落位置刚好使离心保险机构脱离底部凹槽时，离心质量块带动与之固连的离心挡板向脱离底部凹槽，由于跌落时间很短暂，离心质量块只是有一个微小的扰动，就迅速回复到原来位置，当跌落位置刚好使滑块向沿弹簧与卡座的连线运动时，滑块带动底部凹槽撞击离心挡板，离心挡板阻挡滑块平移的运动；在勤务处理意外滚动时，滚动的离心力不足以使弹性梁产生大的挠度，从而有效约束滑块在初始位置，从而在勤务处理中，即使闭锁挡板意外解除对滑块的约束，在出现跌落或滚动，离心保险机构仍旧能保证安保装置安全。在弹药发射状态下，受离心环境作用，离心质量块受大的离心力而克服弹性梁的约束向外侧运动，同时离心质量块带动与之固连的离心挡板脱离底部凹槽，解除对滑块的约束，并与引信体接触，由于弹药发射的离心环境持续时间较长，因此给滑块充足的时间解除保险；若弹药发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火，弹药落地停止旋转时，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，并约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。

离心挡板的形状可以为矩形，滑块的底部凹槽相应地也为矩形；或者，在离心挡板的顶部侧面具有凸起，底部凹槽与离心挡板为互补的图形，侧面相应地也具有凸起，以更好的保证离心保险机构对滑块的约束性能。

滑块的顶部凹槽内的闭锁挡板是受电控制的装置，当处于发射状态后，连接闭锁挡板的电推销器推动闭锁挡板离开顶部凹槽，解除对滑块的约束。但是，战场是复杂的电磁环境，会导致电推销器的误操作，因此采用机械的离心保险机构，如果电推销器意外解除保险，离心保险机构能够保证安保装置的安全。

本发明采用弹性梁，若弹药发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火，由于引信体对离心保险机构的约束，导致弹性梁未发生大的变形，而保持足够的回弹，当弹药落地，停止旋转，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，即离心挡板重新嵌入滑块的底部凹槽中，并约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。

本发明的另一个目的在于提供一种用于旋转弹药的MEMS离心保险机构的保险方法。

本发明的用于旋转弹药的MEMS离心保险机构的保险方法，包括以下状态：

1)在平时状态下，离心挡板受弹性梁的约束，保持在滑块的底部凹槽处，滑块受离心挡板和闭锁挡板的共同约束，限制在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

2)在勤务处理意外跌落状态下，当跌落方向沿滑块向离心质量块方向运动，使离心保险机构脱离底部凹槽时，离心质量块带动与之固连的离心挡板脱离滑块的底部凹槽，由于跌落时间很短暂，离心质量块只是有一个微小的扰动，就迅速回复到原来位置，当跌落方向沿弹簧向卡座连线方向运动，滑块带动底部凹槽撞击离心挡板时，离心挡板阻挡滑块向外侧的运动，限定滑块在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

3)在勤务处理意外滚动状态下，滚动的离心力不足以使弹性梁产生大的挠度，离心挡板处于滑块的底部凹槽中，限制滑块在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

4)在发射状态下，弹药高速旋转，离心质量块受到离心力，并带动与之固连的离心挡板向外侧运动，并且离心质量块的底部与引信体接触，解除对滑块的约束，连接闭锁挡板的电推销器推动闭锁挡板离开顶部凹槽，滑块克服弹簧的拉力向外侧运动，直至卡头卡入卡座，传爆孔与传爆通道对正，安保装置解除保险，引信进入待发状态；

5)在发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火状态下，弹药落地停止旋转时，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，并约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。

本发明采用一体化加工在基板上的弹性梁连接离心质量块，离心质量块上固连的离心挡板嵌入滑块的底部凹槽约束滑块，在勤务处理出现意外跌落或滚动时，弹性梁都能保证离心质量块及与之固连的离心挡板在初始位置，从而确保离心挡板对滑块的约束，使得传爆孔与传爆通道隔离，确保安保装置安全；若发火出现异常，弹性梁仍能带动与离心质量块固连的离心挡板回到初始位置约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。

本发明的优点：

1、适用性广，适用于各种旋转弹药的MEMS安保装置中；

2、与基板一体化加工，减少了装配环节；

3、便于模块化、通用化设计，易于批量生产，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构的实施例一在平时状态下的示意图，其中，(a)为垂直于引信体轴线的剖面图，(b)为沿(a)中C-C’线的剖面图；

图2为本发明的用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构的实施例一的离心保险机构解除保险的示意图；

图3为本发明的用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构的实施例一的安保装置解除保险的示意图，其中，(a)为垂直于引信体轴线的剖面图，(b)为沿(a)中D-D’线的剖面图；

图4为本发明的用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构的实施例二在平时状态下的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例一

如图1所示，在本实施例中，安保装置包括在引信体1内部的滑块6、基板7、卡座8、卡头9、闭锁挡板10、弹簧11和传爆孔12；其中，基板7设置在引信体1的内表面，基板7的一端安装弹簧11，采用MEMS弹簧，另一设置卡座8；滑块的一端通过弹簧连接在基板上，滑块的另一端与卡座相对应的位置设置有卡头；滑块的顶部设置有顶部凹槽，设置在基板顶部的闭锁挡板通过挡板凹槽嵌进滑块的顶部；在滑块上设置传爆孔。在勤务处理状态下，传爆孔与传爆通道隔离，如图1(b)所示。

如图1(b)所示，引信中的安保装置位于火工品的敏感药13和导爆药14之间，敏感药13和导爆药14所在的通道称为传爆通道。当处于勤务状态时，安保装置中的传爆孔与传爆通道隔离，安保装置确保导爆药不能被意外引爆；当安保装置中的传爆孔12与传爆通道对正时，安保装置解除保险，引信进入待发状态，如图3(b)所示。

如图1所示，本发明的离心保险机构与卡座8、闭锁挡板10和基板7一体化加工，离心保险机构包括：弹性梁2、离心质量块3、离心挡板4和底部凹槽5；其中，弹性梁2的一端与基板7连接，另一端连接离心质量块3；离心质量块3的顶部固连离心挡板4；滑块6的底部与离心挡板相对应的位置设置有底部凹槽5，离心挡板4通过底部凹槽5嵌入滑块的底部；在平时状态下，离心挡板4受弹性梁2的约束，保持在滑块的底部凹槽5处，滑块6受离心挡板4和闭锁挡板10的共同约束，限制在初始位置，传爆孔12与传爆通道隔离。在勤务处理意外跌落状态下，当跌落方向沿从滑块向离心质量块方向运动，即沿图1(a)中的A方向，使离心保险机构脱离底部凹槽时，离心质量块3带动与之固连的离心挡板4脱离滑块的底部凹槽5，由于跌落时间很短暂，离心质量块3只是有一个微小的扰动，就迅速回复到原来位置；当跌落方向沿弹簧向卡座连线方向运动，即沿图1(a)中的B方向，滑块6带动底部凹槽5撞击离心挡板4时，离心挡板4阻挡滑块6的水平运动，限定滑块6在初始位置，传爆孔12与传爆通道隔离；如图2所示，在勤务处理意外滚动状态下，滚动的离心力不足以使弹性梁2产生大的挠度，离心挡板4处于滑块6的底部凹槽5中，限制滑块6在初始位置，传爆孔12与传爆通道隔离。因此，在平时勤务处理时，即使闭锁挡板意外解除对滑块的约束，离心保险机构也能保证安保装置发生各种状况下处于保险状态。

在弹药发射状态下，受离心环境作用，离心质量块3受大的离心力而克服弹性梁2的约束向外侧运动，同时离心质量块3带动与之固连的离心挡板4向外侧运动，解除对滑块6的约束，并与引信体1接触，离心保险机构解除，如图2所示；由于弹药发射的离心环境持续时间较长，因此给滑块6充足的时间解除保险，安保装置中的传爆孔12与传爆通道对正，引信进入待发状态，如图3所示。

实施例二

在实施例一中，离心挡板4的形状为矩形，滑块的底部凹槽5相应地也为矩形。在本实施例中，如图4所示，离心挡板4的顶部侧面具有凸起，底部凹槽5与离心挡板为互补的图形，侧面相应地也具有凸起，以更好的保证离心保险机构对滑块6的约束性能。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种用于旋转弹药的安保装置中的MEMS离心保险机构，所述安保装置包括在引信体内部的滑块、基板、卡座、卡头、闭锁挡板、弹簧和传爆孔；其中，基板设置在引信体的内表面，基板的一端安装弹簧，另一端设置卡座；滑块的一端通过弹簧连接在基板上，滑块的另一端与卡座相对应的位置设置有卡头；滑块的顶部设置有顶部凹槽，设置在基板顶部的闭锁挡板通过顶部凹槽嵌进滑块的顶部；在滑块上设置传爆孔，其特征在于，所述离心保险机构与卡座、闭锁挡板和基板一体化加工，形成一个整体，所述离心保险机构包括：弹性梁、离心质量块、离心挡板和底部凹槽；其中，弹性梁的一端与基板连接，另一端连接离心质量块；离心质量块的顶部固连离心挡板；滑块的底部与离心挡板相对应的位置设置有底部凹槽，离心挡板通过底部凹槽嵌入滑块的底部；在平时状态下，离心挡板受弹性梁的约束，保持在滑块的底部凹槽处，滑块受离心挡板和闭锁挡板的共同约束，限制在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；在发射状态下，离心质量块受到离心力，并带动与之固连的离心挡板脱离底部凹槽，并且离心质量块的底部与引信体接触，解除对滑块的约束，同时闭锁挡板脱离顶部凹槽，解除对滑块的约束，滑块沿弹簧与卡座连线的方向运动直至卡头卡入卡座，传爆孔与传爆通道对正；当弹药发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火，弹药落地停止旋转时，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，并约束滑块。

2.如权利要求1所述的离心保险机构，其特征在于，所述离心保险机构为平板式，采用硅基工艺加工，或者采用镍基工艺加工。

3.如权利要求1所述的离心保险机构，其特征在于，所述弹性梁的材料采用硅、镍或者铍青铜。

4.如权利要求1所述的离心保险机构，其特征在于，所述离心挡板的形状为矩形，滑块的底部凹槽相应地也为矩形。

5.如权利要求1所述的离心保险机构，其特征在于，在所述离心挡板的顶部侧面具有凸起，底部凹槽与离心挡板为互补的图形，侧面相应地也具有凸起。

6.一种用于旋转弹药的MEMS离心保险机构的保险方法，其特征在于，所述保险方法包括以下状态：

1)在平时状态下，离心挡板受弹性梁的约束，保持在滑块的底部凹槽处，滑块受离心挡板和闭锁挡板的共同约束，限制在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

2)在勤务处理意外跌落状态下，当跌落方向沿滑块向离心质量块方向运动，使离心保险机构脱离底部凹槽时，离心质量块带动与之固连的离心挡板脱离滑块的底部凹槽，由于跌落时间很短暂，离心质量块只是有一个微小的扰动，就迅速回复到原来位置，当跌落方向沿弹簧向卡座连线方向运动，滑块带动底部凹槽撞击离心挡板时，离心挡板阻挡滑块向外侧的运动，限定滑块在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

3)在勤务处理意外滚动状态下，滚动的离心力不足以使弹性梁产生大的挠度，离心挡板处于滑块的底部凹槽中，限制滑块在初始位置，传爆孔与传爆通道隔离；

4)在发射状态下，弹药高速旋转，离心质量块受到离心力，并带动与之固连的离心挡板向外侧运动，并且离心质量块的底部与引信体接触，解除对滑块的约束，连接闭锁挡板的电推销器推动闭锁挡板离开顶部凹槽，滑块克服弹簧的拉力向外侧运动，直至卡头卡入卡座，传爆孔与传爆通道对正，安保装置解除保险，引信进入待发状态；

5)在发射后由于闭锁挡板未按时解除对滑块的约束而未正常发火状态下，弹药落地停止旋转时，弹性梁带动离心质量块和离心挡板回复到初始位置，并约束滑块，从而保证弹药意外瞎火后的安全。