【摘 要】
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微惯性开关集传感判断执行于一体,能检测加速度信号并执行开关闭合操作,在武器引信的安全保险系统中具有广泛应用。本文结合微流控技术设计微惯性开关,可应用于火箭弹等低载荷武器引信环境。采用理论分析,有限元数值仿真与实验测试相结合的方式开展研究,所研制的开关可实现识别加速度阈值、可控延时响应及可靠闭锁的功能。根据课题背景分析微流控芯片材料选型,确定以硅为基底水银液滴作为工作流体的开关设计方案。基于单相流仿
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微惯性开关集传感判断执行于一体,能检测加速度信号并执行开关闭合操作,在武器引信的安全保险系统中具有广泛应用。本文结合微流控技术设计微惯性开关,可应用于火箭弹等低载荷武器引信环境。采用理论分析,有限元数值仿真与实验测试相结合的方式开展研究,所研制的开关可实现识别加速度阈值、可控延时响应及可靠闭锁的功能。根据课题背景分析微流控芯片材料选型,确定以硅为基底水银液滴作为工作流体的开关设计方案。基于单相流仿真,分析四种具有良好流动及换热特性的典型流道结构,得到不同结构的特征参数对其流动压降的影响,指导选取流道单元结构参数。基于多相流数值仿真,分析U形微通道单特征参数对微流道延时特性的影响。通过仿真大量样本,确定了基于BP神经网络模型的延时流道设计准则。输入U形流道的宽度、半径、长度和加速度载荷可预测延时时间。设计单向敏感微流体惯性延时开关的结构,对X轴正向加速度载荷敏感。分析毛细阀处的毛细力得到开关加速度阈值计算理论公式。仿真得到开关延时时间与神经网络模型预测误差不超过9%。采用湿法刻蚀与磁控溅射金属技术加工制作开关样机。通过马希特落锤实验验证开关的单向敏感特性。利用离心实验平台测试开关的闭合阈值,得到当毛细阀喉部宽度为80μm,120μm,160μm时的开关阈值分别为75.1g,46.6g,36.5g,开关可靠闭锁。通过延时测试实验验证了开关的延时响应功能,确定了开关在不同载荷下的实际延时时间。
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