基于滑塊繼續(xù)運(yùn)動的安全狀態(tài)可恢復(fù)隔爆機(jī)構(gòu)

朱 珊,李豪杰

(南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京 210094)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展,要求減少人員傷亡甚至實(shí)現(xiàn)零傷亡。從某種意義上講,引信的安全系統(tǒng)就不應(yīng)僅僅局限于避免發(fā)射周期內(nèi)完成延期解除保險(xiǎn)之前對己方人員及器材的傷害,而要確保引信以及彈藥在全壽命周期內(nèi)對所有非目標(biāo)對象的安全性[1]。因此,從彈藥全壽命安全角度出發(fā),需要研究在攻擊出現(xiàn)異常的情況下使引信能夠由待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法,并且稱這種具有狀態(tài)逆向控制的功能為安全狀態(tài)可恢復(fù)功能。有人曾做過運(yùn)動可逆式引信安全系統(tǒng)方面的研究,利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)隔爆機(jī)構(gòu)逆向運(yùn)動,從而使引信由待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)[2]。但是,從成本、體積等角度考慮,這種可逆式機(jī)構(gòu)并不一定適合所有場合,為此,本文提出另一種恢復(fù)安全狀態(tài)的途徑,基于滑塊繼續(xù)運(yùn)動的安全狀態(tài)可恢復(fù)隔爆機(jī)構(gòu)。

1 安全和解除保險(xiǎn)裝置及安全狀態(tài)

安全和解除保險(xiǎn)裝置是引信的重要組成部分,它在達(dá)到延期解除保險(xiǎn)以前,防止由于引信的原因而使彈藥主裝藥發(fā)生意外作用,而在解除保險(xiǎn)后允許爆炸序列作用。安全和解除保險(xiǎn)裝置保障引信的隔爆機(jī)構(gòu)和內(nèi)含能源平時(shí)處于保險(xiǎn)狀態(tài),發(fā)射(投擲、布置)后在彈道的某點(diǎn)上,由保險(xiǎn)狀態(tài)向待發(fā)狀態(tài)過渡并最終進(jìn)入待發(fā)狀態(tài)。由此可知,一般引信安全系統(tǒng)只具有由安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換為待發(fā)狀態(tài)的單向轉(zhuǎn)換的功能,不具備由待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)的功能。因此,現(xiàn)有引信已無法滿足我們的使用要求,需對其進(jìn)行功能擴(kuò)展,而引信中隔爆機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動形態(tài)主要有滑動和轉(zhuǎn)動兩種。屬于滑動的有滑塊和空間隔爆機(jī)構(gòu);屬于轉(zhuǎn)動的有垂直轉(zhuǎn)子、水平轉(zhuǎn)子和球轉(zhuǎn)子隔爆機(jī)構(gòu)。鑒于滑塊式隔爆機(jī)構(gòu)應(yīng)用比較廣泛,在此以滑塊為例討論安全狀態(tài)可恢復(fù)過程。

2 基于滑塊繼續(xù)運(yùn)動的安全狀態(tài)可恢復(fù)隔爆機(jī)構(gòu)作用原理

伴隨新軍事變革的需求,一系列高價(jià)值彈藥不斷問世,有力地提升了我軍作戰(zhàn)能力[3]。這類高技術(shù)含量的高價(jià)值彈藥具有智能化程度高和爆轟威力大的特點(diǎn),一旦發(fā)生誤傷誤炸現(xiàn)象,將會造成嚴(yán)重的損失。如彈藥在接近末端終點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是己方目標(biāo),但由于此時(shí)已無法改變引信的待發(fā)狀態(tài),勢必會造成己方人員的傷亡。但由于高價(jià)值彈藥的智能化發(fā)展為引信功能的完善提供了相關(guān)可用信息,這為我們研究安全狀態(tài)可恢復(fù)功能提供了有利條件。

具有安全狀態(tài)可恢復(fù)功能的引信工作原理框圖如圖1所示。

圖1 工作原理框圖Fig.1 The working principle diagram

當(dāng)彈藥攻擊出現(xiàn)異常時(shí),引信接收裝置將會收到由地面指揮中心發(fā)射的特殊編碼或引信自身識別裝置可自動識別該異常情況,信號接收處理模塊對特殊編碼進(jìn)行處理,得到安全狀態(tài)恢復(fù)指令。該指令控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作,可通過釋放發(fā)火能量等方法使發(fā)火控制系統(tǒng)恢復(fù)至安全狀態(tài),而從其對立面考慮,則可推動解除保險(xiǎn)后運(yùn)動到位的隔爆機(jī)構(gòu)再次運(yùn)動到達(dá)新的隔爆位置,從而使爆炸序列由對正狀態(tài)恢復(fù)至隔爆狀態(tài),本文即主要利用后者來實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)可恢復(fù)功能。

3 兩種設(shè)計(jì)方案

以地面指揮中心控制的高價(jià)值彈藥為例進(jìn)行方案設(shè)計(jì),安全狀態(tài)可恢復(fù)系統(tǒng)主要由信號接收處理模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。

3.1 小直徑方案

以被擊針2和電磁鎖銷7鎖住的滑塊隔爆機(jī)構(gòu)為例,引信狀態(tài)圖如圖2(a)所示,此時(shí)引信處于保險(xiǎn)狀態(tài)。發(fā)射后,擊針抬起,電磁鎖銷在指令控制作用下回縮,從而釋放雷管座。雷管座在滑塊簧4作用下左移,抵在滑塊固定銷10的端部。此時(shí),導(dǎo)爆藥6上與雷管3對正下與傳爆藥5對正,爆炸序列處于對正狀態(tài),引信處于待發(fā)狀態(tài),引信狀態(tài)圖如圖2(b)所示。當(dāng)彈藥攻擊出現(xiàn)異常時(shí),引信信號接收處理模塊解譯出安全狀態(tài)恢復(fù)指令,在指令控制作用下引燃拔銷器8,拔銷器回縮從而釋放滑塊固定銷,滑塊固定銷在彈簧9作用下下移,釋放雷管座。雷管座在滑塊簧作用下再次左移,抵到引信體上。此時(shí),雷管與導(dǎo)爆藥錯位,爆炸序列處于隔爆狀態(tài),引信處于安全狀態(tài)。引信狀態(tài)圖如圖2(c)所示。

圖2 方案一原理圖Fig.2 Schematic diagram of program one

由拔銷器、彈簧、滑塊固定銷組成的安全狀態(tài)可恢復(fù)機(jī)構(gòu)也可由其他指令保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)代替。

3.2 低厚度方案

安全狀態(tài)可恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)還可不改動原引信結(jié)構(gòu),而在雷管和導(dǎo)爆管之間添加一個(gè)以隔板為核心的可恢復(fù)模塊,通過可恢復(fù)模塊以阻斷該引信的傳爆序列使引信實(shí)現(xiàn)安全狀態(tài)可恢復(fù)功能。此可恢復(fù)模塊控制部分可以采用上述相同方法,平時(shí)可恢復(fù)模塊的中心孔與導(dǎo)爆藥對正以利于爆轟傳播。現(xiàn)以由滑塊固定銷7、拔銷器9、隔板1和彈簧3等組成的可恢復(fù)模塊為例開展討論,安裝時(shí)將隔板抵在滑塊固定銷上,解除保險(xiǎn)過程中該模塊并不動作。當(dāng)彈藥攻擊出現(xiàn)異常時(shí),引信信號接收處理模塊解譯出安全狀態(tài)恢復(fù)指令,在指令控制作用下引燃拔銷器,拔銷器回縮從而釋放滑塊固定銷,滑塊固定銷在彈簧8作用下下移,釋放隔板。隔板在彈簧作用下左移,彈簧閉鎖銷4在彈簧的推動作用下插入隔板的孔內(nèi)將其固定。此時(shí),引信位于隔爆位置,再次處于安全狀態(tài)。圖3為引信解除保險(xiǎn)后雷管2與導(dǎo)爆藥5對正時(shí)的狀態(tài)(此時(shí)可恢復(fù)模塊尚未作用)。

圖3 方案二原理圖Fig.3 Schematic diagram of program two

4 可行性分析

3.1 節(jié)的方案為了保證足夠的起始偏心距,對引信的徑向尺寸有一定的限制,而3.2節(jié)的方案則會增加引信的軸向尺寸,這兩種方案可分別用于軸向尺寸緊張和徑向尺寸緊張的場合。它們均是基于原引信機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中需要考慮空間結(jié)構(gòu)的干涉。

方案中的電拔銷器完全由電路驅(qū)動,且不受任何環(huán)境力的影響,在未接收到安全狀態(tài)恢復(fù)指令時(shí)不會提前動作,而整個(gè)機(jī)構(gòu)亦不會提前動作,故不會影響系統(tǒng)其他組成部分的工作和性能[4]。

與步進(jìn)電機(jī)方案相比,本文設(shè)計(jì)的以彈簧為核心的滑塊式隔爆機(jī)構(gòu)具有體積小、成本低和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn),能較方便地對其進(jìn)行移植。

此處僅提出了一個(gè)基于一般引信安全系統(tǒng)開展增加新功能的方案實(shí)現(xiàn),在實(shí)際應(yīng)用中需要依使用要求而定。

5 結(jié)論

本文提出了一種安全狀態(tài)可恢復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)方法,該機(jī)構(gòu)利用滑塊繼續(xù)運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)彈藥在攻擊出現(xiàn)異常的情況下使引信由待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)。理論分析表明:兩種實(shí)現(xiàn)方案(小直徑方案、低厚度方案)具有體積小、成本低和結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn),可分別用于軸向尺寸緊張和徑向尺寸緊張的場合,在一定條件下可行,有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

[1]李豪杰,張河.引信安全系統(tǒng)及其功能范疇探討[J].探測與控制學(xué)報(bào),2006,28(5):4-7.LI Haojie,ZHANG He.Discussion on fuze safety system and Its function category[J].Journal of Detection&Control,2006,28(5):4-7.

[2]張賢彪,尚雅玲,倪保航.運(yùn)動可逆式引信安全系統(tǒng)定位精度分析[J].探測與控制學(xué)報(bào),2009,31(增刊):16-19.ZHANG Xianbiao,SHANG Yaling,NI Baohang.Analysis of the positioning accuracy for a reversing fuzesafety system[J].Journal of Detection&Control,2009,31(S0):16-19.

[3]張曉東,陳紅,陳愚.高價(jià)值彈藥防潮控濕包裝設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2008,29(6):104-105.ZHANG Xiaodong,CHEN Hong,CHEN Yu.Moistureproof and control humidity packaging design for high-value Ammunition[J].Packaging Engineering,2008,29(6):104-105.

[4]李豪杰.引信環(huán)境分析、測試與迫彈引信安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].南京:南京理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,2006.