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马尔可夫理论在引信安全系统安全性分析中的应用

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探测与控制学报 1991年第4期19卷 9-20页

作者：施坤林谭惠民

本文首次采用马尔可夫模型对具有不同逻辑结构的引信安全系统在勤务处理环境激励作用下的安全性进行了分析。比较了几种逻辑结构的安全性。指出了对系统实行时间窗控制是提高引信安全系统的最佳方法。对引信安全系统的设计将有一定的参... 详细信息

本文首次采用马尔可夫模型对具有不同逻辑结构的引信安全系统在勤务处理环境激励作用下的安全性进行了分析。比较了几种逻辑结构的安全性。指出了对系统实行时间窗控制是提高引信安全系统的最佳方法。对引信安全系统的设计将有一定的参考价值。

关键词：引信安全系统马尔可夫理论安全性分析解除保险半解除保险状态环境激励转移概率矩阵状态空间马尔可夫模型顺序控制

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引信微机电安全系统优化设计

引信微机电安全系统优化设计

作者：李世腾南京理工大学

学位级别：硕士

现代武器系统逐渐转向集成化,智能化和小型化发展,而引信作为武器系统中的重要组成部分,承担着环境感知、目标探测、控制起爆以及安全保证等诸多功能,同时由于引信只是炮弹中的一个子系统,通常占用空间不大,因此开展在集成化、小型化的... 详细信息

现代武器系统逐渐转向集成化,智能化和小型化发展,而引信作为武器系统中的重要组成部分,承担着环境感知、目标探测、控制起爆以及安全保证等诸多功能,同时由于引信只是炮弹中的一个子系统,通常占用空间不大,因此开展在集成化、小型化的方向研究就变得日益重要。MEMS（Micro Electro-mechanical System）技术作为一门近几十年蓬勃发展的新技术,相比于传统的机械技术以及电子技术,有着体积小、便于集成、价格低廉以及可靠性高等特点,是在进行机械产品技术升级时着重考虑的技术之一。现代引信的发展方向与MEMS技术本身具有的特点高度契合。因此本文针对中大口径榴弹炮为应用背景,运用MEMS技术,设计了一种MEMS引信安全保险机构。本文通过总结MEMS技术在引信安全保险机构中的应用情况,并结合GJB373B-2019《引信安全性设计准则》,明确了本文的设计思路,提出了一种垂直于弹轴放置的引信安全保险系统。同时在分析中大口径榴弹炮炮弹在寿命期限内可能遇到的诸多环境的基础上,确定了MEMS安全保险机构的保险以及解除保险方式。三道保险分别为后坐保险、离心保险以及适用于全弹道时期的远距离解除保险（指令锁保险）。并在此基础上,从可靠性设计入手,对MEMS安全保险的电路模块,进行了设计,并通过实验验证了电路的功能。本文在前期研究工作的基础上,针对前期研究中存在的问题,着重进行了改进设计。首先,针对后坐保险机构,采用了悬臂梁质量块的方式进行设计,在此基础上分析了其力学模型;其次提出了由双弹簧支撑质量块并配合闭锁锁钩锁头模式的离心保险机构,分析了在离心载荷作用下的响应特性,提高离心保险解除保险的稳定性;其三,本文对远距离解除保险机构进行了改进设计,解决了远距离解除保险柔性悬臂梁部分强度不足的问题;其四,本文通过对闭锁锁钩锁头的设计,解决了在前期设计中闭锁机构在高离心转速下不能一次性闭锁的问题。本文通过ABAQUS软件对机械机构进行了仿真,仿真分析表明本文提出的MEMS安全保险机构在理论上能够满足中大口径榴弹炮的使用需求。

关键词：引信安全系统 MEMS 保险机构控制起爆电路

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激光起爆引信MEMS安全系统设计研究

激光起爆引信MEMS安全系统设计研究

作者：赵学伟南京理工大学

学位级别：硕士

日趋恶劣的战场环境,对电起爆引信的战场生存能力已构成严重威胁。探索发现可用于引信的新型起爆方式是引信发展创新的一个重要途径。减小引信体积一直是引信发展的方向之一。本文借鉴将激光起爆技术应用于现代引信的设计概念,基于MEMS... 详细信息

日趋恶劣的战场环境,对电起爆引信的战场生存能力已构成严重威胁。探索发现可用于引信的新型起爆方式是引信发展创新的一个重要途径。减小引信体积一直是引信发展的方向之一。本文借鉴将激光起爆技术应用于现代引信的设计概念,基于MEMS加工工艺完成了激光起爆引信MEMS安全系统原理设计和结构设计。本文首先论述了激光起爆技术的发展现状,对激光起爆技术在现代引信中应用进行了可行性分析,讨论了将激光起爆技术应用于引信的主要优势及存在的问题,提出了激光起爆引信MEMS安全系统的设计方案。其次,通过分析激光起爆技术的特点确定了其适用的弹药类型,本文以火箭弹引信环境为基础完成了激光起爆引信MEMS安全系统的功能设计和整体结构设计。该激光起爆MEMS安全系统利用火箭的发动机点火信息和发射后坐环境作为引信解除保险的两个独立环境信息,在激光器与火工品之间的激光传输通路中引入保险机构,利用驱动器的运动实现激光传输通路的“通”“断”控制。最后完成了引信MEMS安全系统的功能部件设计,功能部件主要包括带有摩擦齿的后坐保险机构、MEMS热驱动器和闭锁机构。后坐保险机构在火箭弹正常发射环境(加速度峰值100g,脉宽60ms)下能可靠解除保险,在勤务处理跌落环境(加速度峰值10000g,脉宽350μs)下能保证引信处于保险状态;热驱动器在20V-25V电压下的驱动位移和驱动力满足设计要求;闭锁机构能完成热驱动和后坐保险机构的闭锁功能。

关键词：引信安全系统激光起爆微机电系统后坐保险机构热驱动器闭锁机构

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引信电子安全与控制系统设计

引信电子安全与控制系统设计

作者：王帅帅北华航天工业学院

学位级别：硕士

本文对电子引信的安全状态控制方案进行了深入分析和研究,以此为基础提出了通用化、小型化安全可靠的设计方案。安全保险通过三个串联的开关实现,保险关闭时电能无法集中到储能电容使雷管无法被引爆,解除保险需要不同的环境信息激励,使... 详细信息

本文对电子引信的安全状态控制方案进行了深入分析和研究,以此为基础提出了通用化、小型化安全可靠的设计方案。安全保险通过三个串联的开关实现,保险关闭时电能无法集中到储能电容使雷管无法被引爆,解除保险需要不同的环境信息激励,使用顺序、时间窗和指令结合的方法提高解除保险的安全性。进一步研究了直流升压电源技术,设计了用于高压电容充电的反激式开关电源,该电源的PWM驱动信号通过CPLD输出,CPLD可以通反馈电路得到电容充电状态从而控制PWM输出。通过深入研究冲击片雷管的引爆方案设计了起爆电路和触发电路,因为起爆电路开关对速度和电压要求较高,所以选用气体触发管作为开关。并且设计了将低压控制信号能量放大的触发电路,该电路使用两个互感线圈利用匝数比不同实现电压放大功能,输出端高压将气体放电开关管打开。硬件电路仿真验证、CPLD逻辑仿真以及样板的放电实验表明,其硬件电路、软件和CPLD达到设计目的,基于制导引信信息一体化设计的电子安全控制系统能够完成安保解除和起爆电流输出。

关键词：制导引信一体化电子引信引信安全系统起爆控制

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故障弹道环境下引信系统安全性分析与综合

故障弹道环境下引信系统安全性分析与综合

作者：谭正超中国工程物理研究院

学位级别：硕士

引信系统作为战斗部关键组成,既要确保正常使用时系统能够可靠引爆,还须尽可能减少异常条件下意外引爆事件的发生。经过多年发展,系统中逐渐形成相对独立的安全子系统来实现安全控制功能,其主要工作方式是通过设置保险件对特定弹道环境... 详细信息

引信系统作为战斗部关键组成,既要确保正常使用时系统能够可靠引爆,还须尽可能减少异常条件下意外引爆事件的发生。经过多年发展,系统中逐渐形成相对独立的安全子系统来实现安全控制功能,其主要工作方式是通过设置保险件对特定弹道环境特征感知和辨识,判断系统是否处于规定正常环境,实现安全控制。在引信系统设计中,围绕飞行安全性需求,一般依据“正常飞行环境”开展安全性设计,该类引信安全系统共同特征是,采用特定飞行弹道特征量中数个阈值进行判断,实现安全状态控制和转换,具有易工程实现、效费比高的特点。然而实战中,由于复杂使用环境和装备固有可靠性缺陷,并不能确保引信投送所需运载器都按照预定正常弹道飞行,势必有一定概率出现异常飞行弹道,仅依赖特定特征阈值进行异常环境判断不能保证飞行全程安全。本文针对引信所面临的“异常飞行”环境开展研究,分析在此环境下引信安全性设计潜在失效风险,并提出安全性改进设计方案,主要内容包括:分析典型运载器主要故障模式及其对飞行弹道的影响,通过建立故障弹道仿真方法,获得故障飞行弹道集合,分析当前引信系统按照“正常弹道特征阈值”进行环境判断的方法在故障弹道下的响应,指出其存在的不足。提出了基于飞行延时时间窗、飞行位置信息、飞行环境特征曲线相似度判断等不同改进设计方法,并针对“飞行弹道环境特征曲线相似度判断方法”完成详细算法设计,建立了计算模型,明确了计算流程。编程实现了飞行环境特征曲线相似度判断算法,并初步实现了可视化界面。以故障弹道集合为对象,完成软件功能有效性验证,证明了判断算法对故障环境识别的有效性,为完善引信系统安全性设计提供参考手段。

关键词：引信安全系统异常飞行弹道仿真相似性判断

应用于硅基MEMS安全系统的电热致动器研究

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应用于硅基MEMS安全系统的电热致动器研究

作者：申跃跃北京理工大学

学位级别：硕士

MEMS引信安全系统，是适应武器智能化、精确化、小型化发展趋势而产生的，国外在这方面的研究从上世纪就已经开始。作为此系统的关键部件之一，V型电热致动器从一开始就被应用其中，当电解除保险的执行机构。V型电热致动器，通常是常用... 详细信息

MEMS引信安全系统，是适应武器智能化、精确化、小型化发展趋势而产生的，国外在这方面的研究从上世纪就已经开始。作为此系统的关键部件之一，V型电热致动器从一开始就被应用其中，当电解除保险的执行机构。V型电热致动器，通常是常用掺杂多晶硅材料来作制作，加热材料和结构材料是一样的。而本文提出一种新型材料结构的V型电热致动器，加热层采用金属材料铝，结构层采用二氧化硅，较传统结构加热效率更高以及驱动电压更低。本文利用能量守恒的原理，对致动器的V型梁平均温度以及致动器的致动位移等动态特性进行理论分析。利用Comsol Multiphysics多物理场耦合仿真软件，对设计的V型电热致动器进行有限元分析，分析其动态性能，研究致动器的尺寸对器件动态特性的影响，为器件的设计优化工作提供设计参考。器件的工艺采用表面硅加工工艺来完成器件的加工流程设计，利用Coventorware软件对加工流程进行仿真验证。在测试器件时，分别利用显微镜进行尺寸、表面质量等静态检测和基于数字图像相干法的图像处理系统进行致动器的动态位移测试。仿真和测试表明，本文提出的设计方案合理可行。

关键词：引信安全系统 MEMS V型电热致动器多物理场耦合表面硅加工工艺

制导火箭弹引信发射环境信息处理与控制系统设计

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制导火箭弹引信发射环境信息处理与控制系统设计

作者：张耿瑜中北大学

学位级别：硕士

针对122mm制导火箭弹的应用环境,通过分析国军标GJB6456-2008《电子安全与起爆系统安全性设计准则》和GJB373B-2019《引信安全性设计准则》对电子安全系统的要求,设计了一种引信安保机构的环境信息处理与控制系统,主要分为三部分内容:... 详细信息

针对122mm制导火箭弹的应用环境,通过分析国军标GJB6456-2008《电子安全与起爆系统安全性设计准则》和GJB373B-2019《引信安全性设计准则》对电子安全系统的要求,设计了一种引信安保机构的环境信息处理与控制系统,主要分为三部分内容:制导火箭弹引信发射环境信息处理与控制系统的整体方案设计、环境信息处理与控制系统的软硬件设计和试验。本文首先介绍了课题研究的背景和意义、制导火箭弹和引信电子安全系统的国内外发展现状,分析了未来国内电子安全系统的发展趋势。经过对制导火箭弹勤务处理、发射和弹道环境的详细分析,利用制导火箭弹过载低、持续时间长的特点,选取后坐过载作为引信发射环境信息处理与控制系统的第一环境激励,弹上控制系统的目标确认信息作为第二环境激励,实现冗余保险。其中,后坐过载信息的识别采用“阈值+时间窗+变化规律+时序”的方法进行判别,目标确认信息是对发送的编码信息进行识别判断。根据所要求的技术指标,提出了引信环境信息处理与控制系统的整体设计框架及流程。然后,根据系统的整体设计框架及流程,完成了制导火箭弹引信发射环境信息处理与控制系统的软硬件设计。硬件设计主要包括传感器模块、信号调理模块、双微控制器模块、串口通信模块和电源及外围模块的电路设计,软件方面主要是STM32程序设计和FPGA的逻辑实现,STM32程序包括AD模数转换程序、环境信息识别程序和串口通信程序等,FPGA软件部分进行了通信收发模块和信号识别模块的设计,并进行了仿真验证。最后,对所设计的环境信息处理与控制系统进行软硬件的调试,并在实验室做了AD采集试验、跌落试验和算法验证试验,验证了整个系统的反应精度高、抗冲击能力强,可靠性和可行性都得到了充分的验证。

关键词：制导火箭弹引信安全系统环境信息识别双微控制器

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硅基MEMS悬臂梁支撑的离心驱动隔离装置

兵器装备工程学报 2018年第7期39卷 162-165,174页

作者：刘章牛兰杰赵旭范晨阳西安机电信息技术研究所西安710065

针对微小火工品与引信安全系统工作环境对隔离装置的需求,提出一种硅基MEMS悬臂梁支撑的离心驱动隔离装置。隔离装置由隔断滑块、悬臂梁支撑结构、卡头、卡槽、固定质量块组成。隔离装置能够与飞片起爆方式匹配,并能够满足引信安全系统... 详细信息

针对微小火工品与引信安全系统工作环境对隔离装置的需求,提出一种硅基MEMS悬臂梁支撑的离心驱动隔离装置。隔离装置由隔断滑块、悬臂梁支撑结构、卡头、卡槽、固定质量块组成。隔离装置能够与飞片起爆方式匹配,并能够满足引信安全系统的工作环境要求。悬臂梁结构简单且悬臂梁与隔断滑块作为一个整体,省去装配环节。仿真结果表明,当转速5 000 r/min以上时,该隔离装置在离心过载的作用下解除隔离并锁定,使微装药与加速膛对正,且在12 m跌落过载与后坐过载下强度仍满足设计要求。

关键词：引信安全系统硅基隔离装置微小火工品匹配

发射周期前引信解除保险故障树建模与定量计算研究

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探测与控制学报 2002年第4期24卷 39-42页

作者：赵河明张亚董少峰华北工学院山西太原030051

按照 GJB3 73 A-97《引信安全性设计准则》的要求 ,结合引信安全系统中延期解除保险机构所处的位置 ,分别建立了发射周期前引信解除保险故障树的三种基本结构。以某引信发射周期前解除保险故障树为例 ,并结合该引信的结构、设计和工艺... 详细信息

按照 GJB3 73 A-97《引信安全性设计准则》的要求 ,结合引信安全系统中延期解除保险机构所处的位置 ,分别建立了发射周期前引信解除保险故障树的三种基本结构。以某引信发射周期前解除保险故障树为例 ,并结合该引信的结构、设计和工艺等因素 ,对其故障树底事件概率的确定方法进行了研究。

关键词：引信安全系统发射周期故障树底事件概率引信顶事件