西安交通大學(xué)與陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所聯(lián)合開(kāi)展具備低g值慣性延時(shí)解保功能的安全與解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，并將其用于MEMS火工品的集成結(jié)構(gòu)

針對(duì)硅基電熱MEMS安保作動(dòng)機(jī)構(gòu)解除保險(xiǎn)方式單一且不易感知低環(huán)境力的技術(shù)難點(diǎn)，西安交通大學(xué)與陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所將機(jī)械環(huán)境力解保與電熱力解保相結(jié)合，提出了低g值慣性延時(shí)電熱安保裝置，并將其與MEMS火工品序列結(jié)構(gòu)集成設(shè)計(jì)。在安全狀態(tài)下，齒輪組被電熱鎖銷機(jī)構(gòu)鎖定，硅隔板無(wú)法移動(dòng)，保證含能藥劑與序列不對(duì)正，不會(huì)意外發(fā)火；當(dāng)接收到解保信號(hào)后，電熱鎖銷機(jī)構(gòu)在電信號(hào)（10 V直流電壓）的控制下解除對(duì)齒輪組的鎖定，此后，在達(dá)到設(shè)計(jì)的慣性力驅(qū)動(dòng)下，硅隔板移動(dòng)。當(dāng)隔板移動(dòng)到發(fā)火位置后，電熱鎖銷機(jī)構(gòu)重新鎖死齒輪組，完成解保動(dòng)作，由安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。試驗(yàn)表明：該裝置可在10 g環(huán)境力（持續(xù)時(shí)間約700 ms）作用下，實(shí)現(xiàn)560 ms延時(shí)輸出，輸出位移可達(dá)1.5 mm。裝置尺寸為10 mm×10 mm×0.28 mm，抗過(guò)載能力為10000 g。

源自：胡騰江，任煒，趙玉龍.低g值慣性延時(shí)電熱MEMS安全與解除保險(xiǎn)裝置［J］.探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2020，42（05）：21-26.

西安電子科技大學(xué)與中國(guó)工程物理研究院所開(kāi)展了雙穩(wěn)態(tài)低g值慣性開(kāi)關(guān)的研究工作

西安電子科技大學(xué)與中國(guó)工程物理研究院所聯(lián)合提出了一種具備雙穩(wěn)態(tài)功能的低g值慣性開(kāi)關(guān)，該器件主要由雙穩(wěn)態(tài)彈簧以及質(zhì)量塊組成，利用深干法刻蝕技術(shù)與鍵合工藝，在SOI基底上實(shí)現(xiàn)了器件的制備。該器件結(jié)構(gòu)中的雙穩(wěn)態(tài)梁結(jié)構(gòu)在8 g與105 g的加速度作用下，分別可以實(shí)現(xiàn)自鎖與反向解鎖的功能，具備可重復(fù)使用、狀態(tài)自我保持的特征。目前，該器件已經(jīng)進(jìn)行了開(kāi)關(guān)性能的初步測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該MEMS開(kāi)關(guān)閉合時(shí)接觸性能良好，接觸電阻為0.75Ω。

源自：Min Liu，Yingmin Zhu，Chao Wang，et al.A Novel Low-g MEMS Bistable Inertial Switch With Self-Locking and Reverse-Unlocking Functions［J］.Journal of Microelectromechanical Systems，2020，3032586.

南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院提出了一種利用壓電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的安保裝置

南京理工大學(xué)提出了一種基于H形壓電驅(qū)動(dòng)器的安保裝置，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。所提出的裝置基于自移動(dòng)的概念，四個(gè)驅(qū)動(dòng)腳交替與導(dǎo)軌接觸并推動(dòng)驅(qū)動(dòng)器連續(xù)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)模態(tài)和諧波分析，確定了結(jié)構(gòu)的尺寸和工作原理，并通過(guò)有限元方法分析驅(qū)動(dòng)腳的運(yùn)動(dòng)軌跡。結(jié)果表明，由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，驅(qū)動(dòng)腳的軌跡為具有不同角度的傾斜橢圓。此外，還制作了樣機(jī)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在120 V的交變電壓驅(qū)動(dòng)下，樣機(jī)可在25 ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)3 mm的位移，將裝置從安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)火狀態(tài)。此外，解除保險(xiǎn)和恢復(fù)保險(xiǎn)的最大速度為120.6 mm·s-1和130.1 mm·s-1。

源自：Dong Sun，Yu-juan Tang，Jiong Wang，et al.Design of an H-shaped linear piezoelectric motor for safety and arming device［J］.Sensors and Actuators：A.Physical，2020，303.

西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出一種內(nèi)置安保裝置的MEMS火工品

西安交通大學(xué)提出一種內(nèi)置安保裝置的MEMS火工品。該MEMS火工品由MEMS換能元及MEMS安保裝置構(gòu)成，整體尺寸為11 mm×12 mm×1.2 mm。在電熱作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，可以將隔板向前或向后推動(dòng)以打開(kāi)或關(guān)閉傳火孔，實(shí)現(xiàn)裝置安全狀態(tài)與發(fā)火狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。測(cè)試結(jié)果表明，在11V的電壓驅(qū)動(dòng)下，MEMS安保裝置中的隔板可以產(chǎn)生1 mm的輸出位移。在發(fā)火狀態(tài)下，當(dāng)受到64 V脈沖電壓刺激時(shí)，MEMS換能元產(chǎn)生的火焰可達(dá)到8 mm，并可通過(guò)傳火孔點(diǎn)燃下一級(jí)裝藥；在安全狀態(tài)下，換能元若意外發(fā)火，其產(chǎn)生火焰可被隔板抵擋，保證了裝置在勤務(wù)處理時(shí)的安全性。

源自：Hu T，Zhao Y，Wang K，et al.The development of an on-chip microinitiator with a built-in safety-and-arming device［J］.Review of Scientific Instruments，2021，92（2）：025007.

DefendTex公司首次公開(kāi)展示了帶有范圍毀傷與精確打擊功能的微型無(wú)人機(jī)Drone40；陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所聯(lián)合西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室結(jié)合國(guó)內(nèi)某微型無(wú)人機(jī)平臺(tái)完成g級(jí)裝藥聚能打擊單元?dú)δ茯?yàn)證

微型無(wú)人機(jī)體積小、突防性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在戰(zhàn)場(chǎng)上可以產(chǎn)生出其不意的戰(zhàn)術(shù)效果。DefendTex公司首次公開(kāi)展示了帶有范圍毀傷與精確打擊功能的微型無(wú)人機(jī)Drone40。Drone40可以采用40 mm口徑榴彈發(fā)射器投放，有效的提升了系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性與隱蔽性。此外Drone40采用通用接口，可以為無(wú)人機(jī)匹配不同的小型戰(zhàn)斗部，如高爆或破甲戰(zhàn)斗部，以及煙霧或其他非致命載荷。基于上述思路，陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所聯(lián)合西安交通大學(xué)共同提出一種超微“察打一體”無(wú)人機(jī)系統(tǒng)方案，擬通過(guò)將MEMS傳感控制、MEMS安保機(jī)構(gòu)、MEMS火工品換能元及聚能毀傷單元在微型無(wú)人機(jī)的多系統(tǒng)集成，賦予微型無(wú)人機(jī)作戰(zhàn)打擊功能。目前，初步開(kāi)展完成了g級(jí)裝藥下針對(duì)典型模型目標(biāo)的毀傷功能驗(yàn)證。

源自：李想.“人小鬼大”的Drone40無(wú)人機(jī)［J］.解放軍報(bào)，2021，178：9-11.模型目標(biāo)毀傷打擊效果照片源自課題組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所褚恩義研究員、任煒研究員，西安交通大學(xué)趙玉龍教授、胡騰江助理研究員共同編譯）

美國(guó)普渡大學(xué)研究了超聲振動(dòng)作用下顆粒接近度和表面性質(zhì)對(duì)PBX響應(yīng)特性的影響

美國(guó)普渡大學(xué)為了提升炸藥設(shè)計(jì)及制造的安全性，研究了在周期性超聲振動(dòng)激勵(lì)作用下不同PBX微結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)形成響應(yīng)規(guī)律。建立了包括斷裂動(dòng)力學(xué)及熱傳輸?shù)挠邢拊Ｐ?，預(yù)測(cè)了不同粒徑分布、初始缺陷、孔隙率等典型PBX微觀結(jié)構(gòu)下PBX局部溫升規(guī)律。該研究工作發(fā)現(xiàn)，炸藥顆粒尺寸越大，形成的損傷越早，小顆粒主要取決于它們和大顆粒間的位置和距離。炸藥裂紋和分層處的摩擦是熱源產(chǎn)生的主要原因，提高顆粒與粘結(jié)劑的粘附力可以有效減少熱點(diǎn)的形成。該工作對(duì)提升炸藥制造、搬運(yùn)或運(yùn)輸過(guò)程的安全性有借鑒作用。

源自：Dandekar A，Koslowski M.Effect of particle proximity and surface properties on the response of PBX under vibration［J］.Computational Materials Science，2021，192：110334.

重慶郵電大學(xué)采用物質(zhì)點(diǎn)法研究了TATB與F2314組成的PBX的本構(gòu)關(guān)系

重慶郵電大學(xué)采用物質(zhì)點(diǎn)法在細(xì)觀尺度上研究了TATB與F2314組成的PBX的本構(gòu)關(guān)系并預(yù)測(cè)在不同密度PBX的剪切模量和體積模量。該研究工作中，先通過(guò)粗?；肿觿?dòng)力學(xué)模擬求解出TATB和F2314的體積模量、楊氏模量和狀態(tài)方程，并將其作為參數(shù)輸入細(xì)觀尺度的模擬中；同時(shí)，以隨機(jī)離散的圓形粒子代表TATB顆粒，均質(zhì)化的F2314粘結(jié)劑包覆TATB粒子外，炸藥晶體與粘結(jié)劑比例由粒子半徑和殼層厚度決定。此外，基于改進(jìn)的Hashion-Shtrikman模型，通過(guò)擬合不同溫度和不同孔隙率的PBX應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線獲得PBX本構(gòu)方程參數(shù)，該方法為研究PBX的本構(gòu)關(guān)系提供了一種思路。

源自：Ge S，Zhang W，Sang J，et al.Mesoscale simulation to study constitutive properties of TATB/F2314 PBX［J］.Materials，2020，12（22）：3767.

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究了PBX 9502炸藥在單軸壓制中的孔隙優(yōu)選取向性

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室采用超小角中子散射與小角中子散射兩種技術(shù)手段，研究了平行和垂直于PBX 9502單軸壓制圓柱體壓實(shí)平面方向上的孔隙形態(tài)分布規(guī)律。獲得了平行于壓實(shí)平面樣品的二維散射圖樣呈圓形等強(qiáng)度輪廓，發(fā)現(xiàn)孔隙是圓形且為隨機(jī)取向。而垂直于壓實(shí)平面樣品圖樣為橢圓形的等強(qiáng)度輪廓，發(fā)現(xiàn)孔隙為非球形且在壓制方向?yàn)榭紫兜膬?yōu)選取向。此外，建立了小角與超小角中子散射的曲線模型，發(fā)現(xiàn)PBX 9502內(nèi)部孔隙主要是以非球形存在，在平行和垂直兩個(gè)方向孔隙體積相同且為隨機(jī)分布?？紫杜c周圍基體的界面的所有方向均具有相同的粗糙尺寸。該研究有助于炸藥成型過(guò)程的微觀建模與提升炸藥安全性和力學(xué)性能。

源自：Mang J T，Hjelm R P.Preferred Void Orientation in Uniaxially Pressed PBX 9502［J］.Propellants，Explosives，Pyrotechnics，2021，46（1）：67-77.

西南科技大學(xué)研究了梯度結(jié)構(gòu)RDX基含鋁炸藥的增材制造技術(shù)與爆轟臨界尺寸

西南科技大學(xué)開(kāi)發(fā)了可用于3D打印的RDX/Al/HTPB/N100復(fù)合含能材料，通過(guò)調(diào)節(jié)復(fù)合物Al的含量，獲得了四種具有良好流變性的直寫(xiě)油墨?；谠霾闹圃旒夹g(shù)，采用兩個(gè)不同組成的油墨制備三維梯度結(jié)構(gòu)炸藥，該梯度炸藥具有良好的相容性與熱穩(wěn)定性。此外，梯度結(jié)構(gòu)炸藥的爆轟臨界尺寸大幅增加。這種通過(guò)3D打印梯度結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)了炸藥結(jié)構(gòu)和功能的有效結(jié)合。

源自：Zhou X，Mao Y，Zheng D，et al.3D printing of RDX-based aluminized high explosives with gradient structure，significantly altering the critical dimensions［J］.Journal of Materials Science，2021，56（15）：9171-9182.

中國(guó)科技大學(xué)原位觀察研究了TATB壓制成型過(guò)程中的孔隙形成演化規(guī)律

中國(guó)科技大學(xué)利用同步輻射X射線納米計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)TATB晶體在壓制成型過(guò)程中孔隙的形成和發(fā)展進(jìn)行了原位表征測(cè)試。該工作中發(fā)現(xiàn)，原始TATB晶體中存在小部分不均勻結(jié)構(gòu)，約體積占比1.2%，主要起到了孔隙形核的作用，在壓制成型過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致孔隙在載荷作用下不斷長(zhǎng)大。此外，孔隙的演化發(fā)展呈現(xiàn)非各向同性，即具有較高表面粗糙度和不規(guī)則結(jié)構(gòu)的孔隙與原始孔隙相比，更容易破碎成更小的孔隙，并沿薄弱區(qū)發(fā)展，最后形成大空隙。該研究對(duì)炸藥成型損傷裂紋演化機(jī)理解釋及提升炸藥力學(xué)與安全性能具有重要意義。

源自：Chen L，Wu L，Liu Y，et al.In situ observation of void evolution in 1，3，5-triamino-2，4，6-trinitrobenzene under compression by synchrotron radiation X-ray nano-computed tomography［J］.Journal of synchrotron radiation，2020，27（1）：127-133.

北京理工大學(xué)采用細(xì)觀模擬和實(shí)驗(yàn)研究了炸藥的力學(xué)行為

北京理工大學(xué)建立了聚合物粘結(jié)炸藥（PBX）的代表體積元（RVE）模型，確定了炸藥有效彈性模量與顆粒體積分?jǐn)?shù)、形狀、孔隙度之間的關(guān)系。該研究工作中還建立了超聲衰減系數(shù)、顆粒體積分?jǐn)?shù)和超聲頻率之間的數(shù)學(xué)模型，對(duì)PBX炸藥件的應(yīng)力分布進(jìn)行了有限元分析。此外，設(shè)計(jì)了一種可分析炸藥應(yīng)力分布和裂紋的超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)力檢測(cè)的相對(duì)誤差在15%以內(nèi)。

源自：Pan Q，Li S，Liu Y，et al.Meso-Simulation and Experimental Research on the Mechanical Behavior of an Energetic Explosive［J］.Coatings，2021，11（1）：64.