火工品杂志

火工品杂志2023年第6期

• MEMS火工品设计方法探讨

  褚恩义

  针对MEMS火工品的优点和关键特征进行了梳理总结，从微结构换能元设计、微纳结构药剂设计、微含能器件设计、微起爆序列设计4个方面对MEMS火工品设计方法进行了综合阐述。最后，从构建MEMS火工品数字化设计体系、提升集成与装配工艺设计水平、增强多学科多尺度协同设计能力3个方面，陈述了对MEMS火工品设计未来发展思路的一些见解，以期为形成完善的MEMS火工品设计体系提供借鉴。

• MEMS火工品用状态反馈硅基安保装置的集成化设计

  胡腾江

  为了反映微安保装置集成在MEMS火工品时的工作状态，提出了一种具备状态反馈功能的硅基安保装置。该安保装置以电热驱动为基本原理，通过电热执行器与平面棘爪机构的组合，实现了对硅隔板运动状态的主动控制。在硅隔板上设计了通光孔，在隔板运动时，通过检测后端光敏电阻阻值的变化，实现了机构运动状态的实时反馈。微安保装置芯片尺寸为8.5mm×8.5mm×0.75 mm，内部集成有0.3mg叠氮化铜，隔断位移达500μm，具备相应的起爆隔爆功能。

• 电爆桥膜换能元设计研究

  焦清介

  基于国内外电爆桥膜换能元技术的研究现状，总结了桥膜换能元的基本结构和类型，给出了V形桥区电阻和质量的计算方法；并提出了电容放电输入和长脉冲恒流输入条件下桥膜换能元的电热致电爆换能模型，以便估算桥膜换能元温升及临界爆发参数。采用溅射镀膜方法制备了多种不同结构的桥膜芯片及其桥塞换能元，测试表明桥膜芯片的电阻偏差均小于±5%。电爆实验表明，电阻/质量为2.25Ω/0.196μg的芯片与Φ3.4 mm的桥塞所集成的换能元，在24V/33μF放电下的爆发时间为87 μs，瞬发度很高；5 min恒流脉冲输入的不爆发电流约为0.91 A，电流安全性较好。电阻/质量分别为1.03Ω/0.259μg和1.05Ω/0.095μg的芯片与Φ3.4 mm的桥塞所集成的换能元，5 min恒流脉冲输入的不爆发电流均大于1.32 A，电流安全性较高。

• Ni-Cr桥膜换能元直流激励下作用规律研究

  王科伟

  为了研究直流激励下Ni-Cr桥膜换能元的作用规律，采用磁控溅射法制备了一种多层复合结构的Ni-Cr桥膜换能元，并通过电压探头、光电传感器和红外热像仪获得了不同电流输入时换能元电压、光信号和表面温度随时间变化的特征曲线。结果表明：在低电流（I≤2.5 A）输入下，Ni-Cr桥膜换能元的作用规律类似传统桥丝/桥带换能元的热传导作用规律；当输入电流增大至3.0A时，Ni-Cr桥膜换能元的作用规律转变为微对流作用规律；当Ni-Cr桥膜换能元并联热敏电阻后，热敏电阻的分流作用有效抑制了换能元温度的升高，提升了安全电流，但同时也抑制了桥区等离子体的形成，因而无法实现热传导向微对流作用规律的转换。

• 爆炸箔1A1min及最大不损坏电流试验方法研究

  韩克华

  针对爆炸箔起爆器抗直流电流能力和意外受到射频敏感特性的相关问题，建立了爆炸箔1A 1min及最大不损坏电流试验方法，开展了不同基底结构的爆炸箔1A 1min不损坏电流以及最大不损坏电流试验验证。试验结果表明：采用本试验方法可以有效地测试爆炸箔起爆器1A 1min不损坏电流值及最大不损坏电流值；爆炸箔在经历1A 1min不损坏电流试验前后的桥区几乎没有发生任何变化，且试验后其功能正常、作用可靠；对于聚酰亚胺基底的爆炸箔，当加载电流值越接近最大不损坏电流值时，桥区反应颜色越深；对于陶瓷基底的爆炸箔，当施加电流小于最大不损坏电流时，桥区颜色几乎未发生明显变化；两种不同基底结构的爆炸箔在经历最大不损坏电流试验后，桥区的电阻和电感参数均未发生明显变化，均在测试误差±10mΩ和±10nH范围之内。

• 爆炸箔起爆器热烤试验与数值模拟研究

  李 昂

  采用试验和数值模拟相结合的方法，开展了爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator,EFI）在慢烤、快烤条件下的热安全性研究。设计并组建了一种适用于EFI等小型火工品的烤燃装置，开展了EFI烤燃试验；同时，利用ANSYS/FLUENT对EFI烤燃响应状况进行了数值仿真计算。试验结果显示：EFI在10 K/h慢烤条件下响应时间约为25.8 h，响应温度约为555 K；在快烤条件下响应时间约为135 min，响应温度约为565 K。在两种条件下EFI响应等级均为爆燃。将数值模拟结果与烤燃试验结果进行对比分析，数值模拟与试验响应时间相差小于10 %，响应温度相差小于2 %。研究表明本文设计组建的烤燃装置适用于EFI的烤燃试验，数值模拟模型较为准确。

• 基于TCAD的半导体桥芯片设计与仿真方法

  顾伯南

  为了提升半导体桥（SCB）芯片设计开发效率，厘清其电击穿作用机制，采用TCAD（Technology Computer Aided Design，计算机辅助设计）工具，开展多晶硅材料掺杂工艺、芯片结构设计以及芯片电击穿过程模拟仿真，探究注入能量与掺杂类型、退火时间与温度等工艺参数，以及强电场条件对载流子分布及性能的影响规律，厘清芯片电击穿的物理机制。仿真结果表明：相比于磷离子注入，砷离子注入能够在更靠近多晶硅层表面的区域，形成更高浓度的载流子分布；快速热退火时间设定为30min，退火温度设定为约600℃，能够有效实现载流子活化；芯片双“V”型尖端电场强度达到3×105V·cm-1时发生电击穿过程，载流子剧烈碰撞离化，桥区总电流密度最高可达1.16×109A·cm-2。

• 恒流和恒压激励下半导体桥工作和发火特性对比研究

  郑 飞

  为获得恒流和恒压激励下半导体桥（SCB）火工品的工作和发火特性，分别在5～22 A恒流激励和5～22 V恒压激励下，开展了裸桥和带药状态SCB的工作和发火特性试验研究。结果表明：SCB在恒流和较大的恒压（15～22 V）激励下均经历了阻抗正温升、阻抗负温升、液化、汽化和等离子体态阶段；小能量激励下，恒压激励的发火时间明显大于恒流激励的发火时间，而大能量激励下，2种激励方式的发火时间均为30～40 μs；SCB换能元具有高瞬发性，且发火能量在5 mJ以内。

• 信息化火工品概念初步探讨

  朱艳丽

  信息化火工品是一类将信息、储能、发火以及点火/起爆/作功集成一体的新一代火工品。为促进智能武器装备的发展，探讨性地提出了信息化火工品的定义，并认为信息交互是信息化火工品可控、高效、精确执行的核心。因此，传统火工品与信息技术的深度融合是发展信息化火工品的关键。结合研究现状，指出：自储能火工品是信息化火工品发展的重要方向；微波、红外、激光等新型远程控制信号可提高集群系统的协同控制能力；采用MEMS技术可提高信息化火工品的安全性和可靠性，并促进微型化和集成化发展。

• “火-电”集成式逻辑控制装置设计及点火驱动活塞作动研究

  尹国福

  基于弹射救生非电传爆逻辑控制系统对精确程控延期火工品的需求，设计了一种程控精确延时的“火-电”集成式逻辑控制装置，重点研究了装置中隔板点火器不同输出压力驱动活塞做功、拉断不同材料定位螺钉的规律，确定了活塞位移量、定位螺钉拉断临界压力与隔板点火器输出装药量之间的关系。结果表明：在保证活塞有效位移的情况下，相比Al 2024-T4及不锈钢316材料的定位螺钉，棒H62 Y2材料的定位螺钉被活塞拉断、解除限位所需临界压力最小，为86MPa，对应隔板点火器最小输出装药量为167 mg；选用该材料作为活塞定位螺钉，对结构壳体及内部其他组件造成的应变损坏更小，有利于提高该装置的可靠性。

• 点阵式面同步爆炸网络起爆效果数值模拟研究

  郭 庆

  针对面同步爆炸网络设计，提出三角形点阵面同步爆炸网络的参数化设计方法，通过建立不同级数的三角形点阵和工字形点阵面同步起爆模型，对采用B炸药柱的面同步爆炸网络起爆时的输出性能进行数值模拟。结果显示：随着面同步爆炸网络级数增加，最大峰值压力逐渐减小，但是平面度变好；当面起爆存在同步性偏差时，与同步起爆相比三角形点阵和工字形点阵的最大峰值压力的降幅在2%以内，随着爆炸网络级数的增加，平面度恶化趋势加剧。

• 一种微小型抗过载电点火管的设计

  王者军

  为提升电点火管在高过载环境下的可靠性，同时满足在多重过载环境下的安定性，在进行抗过载失效分析及结构设计的基础上，设计了一种抗过载半导体桥电点火管。通过采用SCB换能元及T型电极提升桥路电阻可靠性，采用不锈钢管壳提高结构强度，并对装药进行缓冲保护以实现多次过载冲击下的安定性。经试验验证及考核，在100 000g/50μs高过载及7次50 000g多重过载冲击下，电点火管可靠性及安全性正常，解决了过载环境下电阻失效及早炸的问题。

• 非电传爆产品模块化仿真设计与分析

  刘 群

  为确保非电传爆产品的传爆可靠性和结构安全性，基于非电传爆产品的工作原理，建立了产品的模块化仿真设计方法，设计了两路非电传爆产品，并进行了试验验证。结果表明：各模块的仿真计算可以描述非电传爆的工作过程，仿真设计的两路非电传爆产品可以实现可靠传爆和结构安全；模块化仿真计算方法可以为高效合理设计非电传爆产品提供理论指导。

• 弹射救生系统用激光火工装置探索研究

  刘亮亮

  针对某双座椅战斗机弹射救生控制系统需求，设计了一种具有双座椅单双态控制功能的激光火工装置。该装置以手动烟火泵浦固体激光器和半导体激光器为发火能源，通过光纤器件传输激光能量，采用不同功能的激光火工品按预定时序完成正、副驾驶员座椅弹射。对其关键模块的功能实现进行了试验验证，结果表明该火工装置的响应时间、作用同步性及程序控制时序均满足弹射救生控制系统指标要求，是未来航空航天飞行器弹射救生系统的理想火工装置。

• 高温发火MIC药剂设计与性能研究

  赵婉君

  为了适应复杂电磁环境对高钝感电火工品的需求，以铝、镁、钛、锆等金属合金为燃料，以高氯酸钾（KClO4）为氧化剂，设计了5种高温发火亚稳态分子间化合物（MIC）；以锆/KClO4为参考样，对比研究了合金燃料及MIC药剂的热氧化反应行为和反应热值；并将MIC药剂与高温电热金属桥集成为发火组件，对其安全电流、发火电流和点火性能进行了测试。结果表明：5种合金燃料的起始反应温度和活化能均高于锆；5种MIC药剂中，镁合金2#/KClO4的热安定性能最好，且实测反应热值最高；5种发火组件均可达到2.5A6.25W5min以上的安全性指标和6A以下的发火指标。

• 火工品数字化车间的概念与要求

  郭菲

  依据最新发布的数字化车间标准，结合火工品特点，提出了火工品数字化车间的概念，并在数字化、网络化、信息化、自动化、可靠性、功能安全性、信息安全性、综合绩效等8个方面对火工品数字化车间提出了基本要求，以期为火工品数字化车间的论证和建设提供参考。