МЭМС в военной технике. Предохранительно-исполнительный механизм. Детонирующие устройства срабатывания

1.

МЭМС в военной технике. Предохранительноисполнительный механизм. Детонирующие
устройства срабатывания.

2.

Определение МЭМС и виды применения МЭМС в
военной сфере
МЭМС(Микроэлектромеха
нические системы ) – это
системы, включающие в
себя взаимосвязанные
механические и
электрические компоненты
микронных размеров.
Применения МЭМС в военных
сферах:
Системы позиционирования;
Системы координации;
Сенсорика;
Связь;
Управление подрывом.

3.

Предохранительно-исполнительные детонирующие механизмы
на базе МЭМС
Предохранительно-исполнительные детонирующие
механизмы на базе МЭМС являются устройствами нового
поколения для изготовления взрывателей. Ключевыми
особенностями являются микроминиатюрные размеры,
возможность интеграции с электронными подсистемами
взрывателей и устройствами воспламенения.
Предохранительно-исполнительные детонирующие
механизмы (ПИМ - детонаторы) используются во всех
боеприпасах для управления передачей энергии от
инициирующего взрывчатого вещества (ИВВ) к
основному заряду при помощи подвижной шторки,
прерывающей огневую цепь. При достижении
боеприпасом требуемых условий для взведения
(инерция покоя, центробежная сила, дальность,
временная задержка ит.д.), ПИМ - детонатор
переводится из безопасного в боевое состояние и
обеспечивает передачу энергии от заряда ИВВ к
основному заряду затем детонирует.
В то же время при нахождении ПИМ - детонатора в не
взведенном состоянии обеспечивается безопасность
обращения с боеприпасами в процессе хранения и
транспортировки.
Механические
взрыватели с ПИМдетонаторами имеют
объемные компоненты, и
традиционные варианты
этих устройств сложны,
громоздки и дороги в
производстве. Ниже
представлена картинка
сравнения с МЭМСдетонатором.

4.

безопасность;
возможность производства ПИМ-детонаторов
совместно с воспламенителем;
надежная работа в условиях больших перегрузок; уменьшение содержания редких и тяжелых металлов в
конструкции взрывательного устройства;
увеличение могущества боеприпаса за счет большего
содержания взрывчатого вещества;
уменьшение потерь личного состава вследствие
несчастных случаев при обращении с боеприпасами.

5.

ПИМ-детонатор, работающий на электромагнитном принципе, был
разработан в 2006 году. Механизм состоит из рамы, пружин, шторки и
магнитных защелок, которые расположены с разными полюсами друг к
другу. Устройство механизма изображено на рисунке ниже.
При достижении условий взведения ПИМ-детонатора, система управления
взрывателем подает электрический импульс на расположенную снаружи корпуса
ПИМ катушку, что приводит к снятию защелок со шторки и ее перемещению в
боевое положение при помощи предварительно сжатой пружины. Механизм
выполнен из никеля при помощи LIGA-процесса и имеет размеры 12х12х0,8 мм.

6.

После изменений в механизме в 2010 году. Он по прежнему использует те же самые принципы
электромагнитных сил для своей работы, однако шторка приводится в действие не
предварительно сжатой пружиной, а электромагнитом. Устройство состоит из рамы, в которой
расположены две подпружиненные магнитные защелки, препятствующие перемещению
подпружиненной шторки, два электромагнитных привода защелок и электромагнит привода
шторки. При достижении условий взведения ПИМ - детонатора, система управления
взрывателем отдает команду на его перевод в боевое состояние и подает электрический импульс
на катушки приводов защелки. Под действием электромагнитных сил, защелки выходят из
зацепления со шторкой и освобождают ее, затем взрыватель подает импульс на электромагнит
перемещения шторки и перемещает ее в боевое положение. Главными усовершенствованиями
является отсутствие предварительно сжатых пружин и наличие нескольких электромагнитов,
что повышает безопасность работы механизма, но снижает его надежность и увеличивает
габариты. Схематическое устройство электромагнитного ПИМ - детонатора приведено на
рисунке ниже.

7.

В 2010 году создали ПИМ -детонатор с пиротехническим приводом,
включающим несколько составных частей: кремниевую электронную плату
управления с встроенным пиротехническим актуатором, верхнюю и нижнюю
крышки из алюминия, шторку с отверстием из высокотемпературной керамики
и предохранительную чеку. Система управления взрывателем запускает
пиротехнический привод, который перемещает шторку в боевое положение.
Плата управления изготовлена с использованием классических технологий
микроэлектроники. Габаритные размеры этого устройства – 10 х 10 х 10 мм.
Принцип работы и устройство ПИМ-детонатора и платы управления показаны
на рисунке ниже.

8.

В 2018 году был представлен МЭМС ПИМ -детонатор с
пиротехническим приводом, отличающимся новым устройством.
Он включает в себя стальную пластину с встроенным
воспламенительным передаточным зарядом, кремниевую шторку,
стальные пластинчатые пружины и раму из низкотемпературной
спеченной керамики. Под управлением системы взрывателя
пиротехнический актуатор срабатывает, перемещая шторку в боевое
положение. Шторка изготовлена из монокристаллического кремния с
использованием стандартных методов микроэлектроники.

9.

Обеспечение нечувствительности ПИМ - детонатора к электромагнитным
воздействиям - актуальная проблема. Для решения этой проблемы были созданы
электротермические МЭМС ПИМ - детонатор с механическим декодированием
сигналов. Примером такого устройства является МЭМС ПИМ - детонатор,
разработанный в 2019 году. Он включает набор электротермических приводов для
вращения кодового колеса, обеспечивая надежное срабатывание. Внешний вид
такого устройства представлен на рисунке ниже.
Механизм был изготовлен из
“кремния на изоляторе” при помощи
всего лишь трех фотошаблонов,
имеет размер 13,413×0,454 мм и может
быть оснащен интегрированным
воспламенителем.
При ошибках декодирования происходит обратимое заклинивание зубчатой
рейки шторки зубьями актуаторов. Что не позволяет актуатору сработать.

10.

Разработали в 2021 году многослойный электротермический МЭМС ПИМдетонатор, имеющий в своем составе две двухсегментные шторки,
расположенные в разных слоях. По команде от системы управления
взрывателем, шторки при помощи V-образных электротермических актуаторов
раздвигаются и ПИМ-детонатор переходит в боевое положение. Устройство
выполнено на двух пластинах “кремний на изоляторе” и имеет размеры
13,4х8,5х5,2 мм. Вид в разрезе данного МЭМС ПИМ показаны на рисунке ниже.
ПИМ -детонатор был сделан из стифната свинца и использовался для создания
взрывателя с интегрированным металлостеклянным воспламенителем,
имеющим в своем составе нихромовый тонкопленочный мостик накала
размером 380х380 мкм с нанотермитным тонкопленочным покрытием.

11.

В 2019 году представили прототип подвижной шторки с H-образным линейным
пьезоэлектрическим двигателем. Механизм включает металлическую Нобразную раму с керамическими пьезоэлектрическими элементами, которые при
подаче переменного напряжения удлиняются и изгибаются, перемещая шторку в
корпусе ПИМ. Фрикционные элементы на боковых вкладках рамы
предотвращают случайное перемещение шторки.
Данные МЭМС ПИМ – детонатор, так
же имеют активное управление. Имеют
большую скорость срабатывания, что
может быть использовано для
высокоскоростных боеприпасов. Однако
требуют для своей работы больших
токов и напряжений и имеют большие
габариты.

12.

Исследования в области новых систем вооружения
сосредоточены на улучшении их характеристик, включая
могущества, точность и массогабаритные параметры.
Применение МЭМС технологий в взрывательных
(детанирующих) устройствах позволяет значительно
снизить их размеры и массу, что актуально для
современных боеприпасов. Такие технологии также могут
обеспечить наличие систем активного управления ПИМдетонаторов в конструкции.