慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性與引信彈道炸分析

張武鳳，王雨時(shí)，張　宏，聞　泉，張麗梅，程　君

(1. 南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2. 國(guó)營(yíng)第五二四廠，吉林 吉林 132021)

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慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性與引信彈道炸分析

張武鳳1，王雨時(shí)1，張宏2，聞泉1，張麗梅2，程君1

(1. 南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094；2. 國(guó)營(yíng)第五二四廠，吉林 吉林 132021)

摘要:針對(duì)70 mm航空火箭殺爆彈引信彈道炸問(wèn)題，提出了剛體動(dòng)力學(xué)理論分析和ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合的方法，對(duì)其慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性和彈道安全性進(jìn)行分析。外彈道環(huán)境分析表明：萬(wàn)向發(fā)火的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值設(shè)計(jì)不能忽略彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的徑向慣性力。仿真計(jì)算和理論分析結(jié)果均表明：彈簧抗力和結(jié)構(gòu)尺寸偏差對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值影響較大，慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)實(shí)際閉合閾值可能超出設(shè)計(jì)范圍。彈道安全性仿真和振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明：慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)對(duì)彈道振動(dòng)沖擊的響應(yīng)是敏感的，其閉合閾值下限偏低，與彈道振動(dòng)沖擊過(guò)載接近，彈道環(huán)境適應(yīng)能力明顯不足，若發(fā)生多次共振或高頻振蕩皆有可能引起彈道炸。

關(guān)鍵詞:引信；動(dòng)力學(xué)分析；動(dòng)態(tài)特性；慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)；彈道炸

0引言

慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)是國(guó)內(nèi)外導(dǎo)彈、火箭彈等彈藥機(jī)電觸發(fā)引信中廣泛使用的一類(lèi)開(kāi)關(guān)，主要用于控制引信爆炸序列中首發(fā)電爆炸元件電路工作狀態(tài)。這類(lèi)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，裝配前可在離心試驗(yàn)裝置上模擬測(cè)試閉合過(guò)載。但是這類(lèi)開(kāi)關(guān)只能感受過(guò)載大小，不能識(shí)別時(shí)機(jī)。因此其對(duì)目標(biāo)介質(zhì)的響應(yīng)和抗彈道環(huán)境干擾能力是保證引信作用正確性和安全性的關(guān)鍵[1]。國(guó)內(nèi)外導(dǎo)彈、航空彈藥引信應(yīng)用的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)工作過(guò)載閾值一般為80～120g。目前可從文獻(xiàn)上檢索到的唯一更低過(guò)載情況，是美軍MK344、MK346航空炸彈系列引信，采用了40～80g的低g值慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)[2]。

文獻(xiàn)[1]通過(guò)仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)?zāi)?duì)工作過(guò)載約為114g的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[3]針對(duì)引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)靈敏度與彈道安全性的矛盾，設(shè)計(jì)出帶加重柱的軸向安裝慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)，但只適用于非旋或低旋彈藥。文獻(xiàn)[4]通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和試驗(yàn)獲得了彈體侵徹過(guò)程中慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的閉合情況。雖然慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)在火箭彈引信中被廣泛應(yīng)用，但目前未見(jiàn)另有制式引信應(yīng)用低于40g閾值下限的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)，也未見(jiàn)有分析這類(lèi)開(kāi)關(guān)抗彈道環(huán)境干擾能力的文獻(xiàn)。國(guó)內(nèi)70 mm航空火箭殺爆彈基于其高瞬發(fā)度指標(biāo)要求其慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的工作過(guò)載下限為25g，該航空火箭殺爆彈在射擊訓(xùn)練中發(fā)生彈道炸，說(shuō)明這種低過(guò)載慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)觸發(fā)靈敏度與彈道安全性矛盾更加突出。本文針對(duì)此問(wèn)題，提出剛體動(dòng)力學(xué)理論分析和ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合的方法，分析慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性和彈道安全性。

1慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)基本結(jié)構(gòu)與作用原理

該慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中慣性錘、殼體與導(dǎo)電墊圈構(gòu)成開(kāi)關(guān)的一極，導(dǎo)電帽作為開(kāi)關(guān)的另一極，構(gòu)成兩極的金屬零件之間由絕緣墊絕緣。勤務(wù)處理時(shí)引信電源未激活且保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)未解除保險(xiǎn)，故各種環(huán)境力對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)可能造成的閉合動(dòng)作不會(huì)危害引信安全性。慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)慣性錘的接電動(dòng)作是可逆的，一旦造成其閉合的意外環(huán)境力消失，慣性錘在慣性簧的作用下就會(huì)復(fù)位。碰目標(biāo)時(shí)，慣性錘前沖力壓縮慣性簧前沖與導(dǎo)電帽接觸，或擦地時(shí)受側(cè)向慣性力作用使慣性錘側(cè)向擺動(dòng)也與導(dǎo)電帽接觸，從而導(dǎo)通觸發(fā)電路，使引信作用。其中后一種情形即是萬(wàn)向發(fā)火的情形。

圖1　慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)Fig.1　Inertial impact switch structure

影響慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括彈簧抗力、慣性錘質(zhì)量與其質(zhì)心位置、閉合行程等，結(jié)構(gòu)參數(shù)極限值如表1所列。

表1　慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)彈道環(huán)境和閉合閾值理論分析

2.1故障現(xiàn)象與彈道環(huán)境分析

該航空火箭殺爆彈在射擊訓(xùn)練時(shí)，彈道炸概率約為3‰，均發(fā)生在主動(dòng)段結(jié)束時(shí)刻。分析近兩次飛行試驗(yàn)彈道炸錄像信息，知炸點(diǎn)參數(shù)分別為：飛行時(shí)間2.16 s、距離約889 m和飛行時(shí)間1.099 s、距離約394 m。對(duì)比該火箭彈內(nèi)、外彈道參數(shù)，可判斷彈道炸不是由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸引起，而是由戰(zhàn)斗部爆炸所致。在主動(dòng)段末引信已解除保險(xiǎn)，電源已激活至工作電壓，此時(shí)只要在彈道上產(chǎn)生符合慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合的過(guò)載條件就能使其提前閉合，從而引起彈道炸。因此首先要為引信安全性設(shè)計(jì)提供較為準(zhǔn)確的外彈道環(huán)境。其次要分析慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的實(shí)際閉合閾值是否在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。最后由于機(jī)載發(fā)射條件下會(huì)產(chǎn)生載機(jī)平臺(tái)的振動(dòng)沖擊、機(jī)上連射對(duì)后續(xù)火箭彈的沖擊以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流作用帶來(lái)的沖擊擾動(dòng)，所以還要分析彈道上沖擊振動(dòng)過(guò)載對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的影響。

2.2外彈道環(huán)境理論分析

引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)沿引信即彈丸軸線同軸布置，理論上沒(méi)有徑向偏心。但實(shí)際上考慮裝配間隙和同軸度誤差等因素影響，引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)軸線相對(duì)于引信即彈丸軸線不可避免地存在偏心。并且彈丸旋轉(zhuǎn)軸線也未必就是彈丸幾何軸線，彈丸旋轉(zhuǎn)軸線過(guò)彈丸質(zhì)心，而彈丸質(zhì)心又會(huì)偏離彈丸幾何軸線?？紤]到各種配合間隙和彈丸偏心距，參考其他產(chǎn)品數(shù)據(jù)[5]，慣性錘質(zhì)心位置相對(duì)于彈丸質(zhì)心位置極限徑向偏離恒有n2不大于1 mm，在此取極限值n2max=1 mm。

文獻(xiàn)[6]中給出了傳統(tǒng)引信設(shè)計(jì)過(guò)程中所考慮的爬行力、離心力、彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的最大慣性力軸向分量(即最大章動(dòng)角δmax對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)章動(dòng)力) 計(jì)算公式，進(jìn)一步化簡(jiǎn)計(jì)算可得各加速度公式：

ap=c43π(y)F(ντ)

(1)

ac=n2?2

(2)

(3)

(4)

將表2中的參數(shù)值代入式(1)～(4)可得慣性錘爬行過(guò)載系數(shù)為4.54，離心過(guò)載系數(shù)為1.92，不同最大章動(dòng)角對(duì)應(yīng)因彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的引信零部件慣性過(guò)載系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表3所列。

表2　70 mm航空火箭彈外彈道環(huán)境計(jì)算用參數(shù)

表3　不同最大章動(dòng)角對(duì)應(yīng)彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性錘慣性過(guò)載系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表3可知：慣性錘在最大章動(dòng)角δmax=22°時(shí)對(duì)應(yīng)的彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的過(guò)載系數(shù)軸向分量最大值為21.07，則慣性錘受軸向過(guò)載系數(shù)為：21.07+4.54=27.72>25，慣性錘可能軸向前沖閉合，引發(fā)彈道炸；慣性錘在最大章動(dòng)角δmax=11°時(shí)擺動(dòng)過(guò)載系數(shù)徑向分解最大值23.39，則慣性錘受徑向過(guò)載系數(shù)為：23.39 +1.92=25.31>25，即慣性錘可能徑向傾斜閉合，引發(fā)彈道炸。若忽略彈丸擺動(dòng)引起的徑向慣性力，則慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)允許的最大彈丸章動(dòng)角為22°。若考慮到彈丸擺動(dòng)引起的徑向慣性力，則慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)允許的最大彈丸章動(dòng)角為11°。萬(wàn)向發(fā)火的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)徑向靈敏度較高，會(huì)在極限情況下因彈丸在外彈道上章動(dòng)過(guò)大(如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒結(jié)束時(shí))而意外閉合，從而引發(fā)彈道炸。

2.3閉合閾值理論分析

火箭彈碰擊目標(biāo)后急劇減速，慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)受到與彈丸減速方向相反的慣性力F，如圖2所示。圖中前沖力F1為慣性力F沿彈簧軸線的分力，F(xiàn)2為慣性力F垂直于彈簧軸線的分力,θ為載體減加速度方向與慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)軸線的夾角。

圖2　碰目標(biāo)時(shí)引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)受慣性力Fig.2　Inertial force analysis of inertial impact switch when impacting the target

火箭彈大落角碰目標(biāo)時(shí)，前沖力F1為慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)作用的主動(dòng)力，使慣性錘壓縮慣性簧前沖與導(dǎo)電帽接觸。假設(shè)火箭彈碰目標(biāo)時(shí)獲得的前沖過(guò)載系數(shù)為k′，忽略離心力和章動(dòng)力影響，可得開(kāi)關(guān)軸向前沖閉合條件為：

m1gk′>Rb

(5)

火箭彈擦地時(shí)，分力F2為慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)作用的主動(dòng)力，使慣性錘側(cè)向擺動(dòng)也與導(dǎo)電帽接觸。假設(shè)火箭彈擦地時(shí)獲得的側(cè)向過(guò)載系數(shù)為k″，忽略前沖過(guò)載影響，則可得開(kāi)關(guān)徑向傾斜閉合條件為：

m1gk″A>Rb(r-B)

(6)

3慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性仿真研究

3.1慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值仿真

首先用Solidworks軟件建立慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)三維模型，然后利用ADAMS/View提供的模型數(shù)據(jù)交換接口，將該模型文件導(dǎo)入到ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件中，設(shè)置模型材料特性，并添加相應(yīng)約束。所建立的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)仿真模型如圖3所示。

圖3　慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)仿真模型Fig.3　The simulation model of the inertial impact switch

由于慣性簧可直接在ADAMS軟件中添加生成，所以在三維建模時(shí)并未畫(huà)出。在此采用沖擊函數(shù)模型(彈簧-阻尼模型)：

(7)

彈簧兩端構(gòu)件分別為慣性錘和導(dǎo)電墊圈，根據(jù)Hertz接觸理論，剛度系數(shù)K取決于撞擊物體材料和結(jié)構(gòu)形狀：

(8)

通過(guò)表1中的結(jié)構(gòu)參數(shù)極限值對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真可得其接電過(guò)載范圍。分別在慣性錘質(zhì)心處添加恒定軸向載荷和徑向載荷，仿真慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的作用過(guò)載特性。并將表1中的數(shù)據(jù)代入式(5)—式(6)可得閉合閾值仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表4所列。

表4　慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)接電過(guò)載閾值仿真結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果

通過(guò)離心試驗(yàn)測(cè)出的開(kāi)關(guān)閉合閾值范圍為25～45g，與表1仿真結(jié)果相近，說(shuō)明仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相互驗(yàn)證均可信。彈簧抗力和尺寸偏差對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的閉合閾值影響較大，說(shuō)明這種分離式結(jié)構(gòu)的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)質(zhì)量監(jiān)控和一致性難以保證(離心試驗(yàn)時(shí)存在測(cè)試附加旋轉(zhuǎn)偏心問(wèn)題，并且離心試驗(yàn)時(shí)慣性錘為靜態(tài)啟動(dòng)，主動(dòng)段過(guò)載為瞬間產(chǎn)生，因而對(duì)慣性錘影響機(jī)理與實(shí)際差異可能較大)，可能有一部分開(kāi)關(guān)尺寸合格但接電過(guò)載卻超出了要求范圍，還可能是有一部分開(kāi)關(guān)檢測(cè)過(guò)載范圍數(shù)值合格但真值卻不合格。

3.2彈道沖擊過(guò)載仿真

在火箭彈主動(dòng)段內(nèi)，除發(fā)動(dòng)機(jī)推力過(guò)載外，還伴隨具有一定周期性的附加橫向沖擊過(guò)載。這種過(guò)載能使慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生閉合趨勢(shì)，若慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)提前閉合就會(huì)導(dǎo)致彈道炸。為了驗(yàn)證引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與彈道環(huán)境的匹配性，采用彈上測(cè)試裝置隨機(jī)測(cè)試了三次發(fā)射時(shí)的沖擊過(guò)載曲線，這三次無(wú)明顯差異。圖4是某次正常發(fā)射時(shí)的沖擊過(guò)載曲線，由圖4可知在主動(dòng)段末橫向沖擊的沖擊譜線密度較高、過(guò)載峰值達(dá)到37g并具有波動(dòng)性，在主動(dòng)段末消失。

僅考慮橫向沖擊對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)接電過(guò)載特性的影響，將圖4中的彈道橫向沖擊加載在慣性錘質(zhì)心處進(jìn)行仿真。圖5為仿真所得慣性錘移動(dòng)距離隨時(shí)間變化曲線。圖5中慣性錘在180 ms處向上最大位移0.067 mm，小于慣性錘頂端與導(dǎo)電帽中球形頂端最小間隙(0.1 mm)。雖然橫向沖擊過(guò)載峰值已超過(guò)了慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)接電過(guò)載閾值，但因其持續(xù)時(shí)間較短，僅靠橫向沖擊不會(huì)使慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合，主動(dòng)段橫向沖擊對(duì)其閉合特性影響較小。考慮橫向沖擊和軸向過(guò)載的綜合影響，將圖4中的彈道軸向過(guò)載和橫向沖擊加載在慣性錘質(zhì)心處，對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的接電過(guò)載特性進(jìn)行仿真。圖6為仿真所得慣性錘移動(dòng)距離隨時(shí)間變化曲線，由此可知因軸向過(guò)載較大故慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)在主動(dòng)段前期會(huì)閉合，這與實(shí)際相符，但此時(shí)引信電路處于初期閉鎖期，并不響應(yīng)開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)，故不會(huì)影響彈道安全。但在主動(dòng)段末750 ms之后軸向過(guò)載逐漸變小，在慣性簧的作用下開(kāi)關(guān)會(huì)復(fù)位，而此時(shí)的橫向沖擊和軸向過(guò)載綜合作用也不足以使其閉合，保證了彈道安全。由于無(wú)法得知沖擊密度和頻率，故以上仿真僅考慮了一次沖擊。

圖4　橫向沖擊與軸向沖擊過(guò)載曲線Fig.4　The curve of the lateral and axial impact overload

圖5　橫向沖擊作用下慣性錘移動(dòng)距離隨時(shí)間變化曲線Fig.5　Displacement distance of the hammer under the lateral impact

圖6　橫向沖擊和軸向過(guò)載作用下慣性錘移動(dòng)距離隨時(shí)間變化曲線Fig.6　Displacement distance of the inertia hammer under the lateral and axial impact

實(shí)際上慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)相對(duì)于彈軸存在偏心，如果彈丸旋轉(zhuǎn)形成過(guò)載、振動(dòng)沖擊形成過(guò)載以及章動(dòng)周期擺動(dòng)形成過(guò)載疊加，則可能會(huì)產(chǎn)生振蕩，即形成不規(guī)則的復(fù)雜高頻振動(dòng)，從而導(dǎo)致慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)意外閉合。此時(shí)彈道炸應(yīng)發(fā)生在主動(dòng)段結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，這與彈道炸故障現(xiàn)象基本相符。

雖然外彈道環(huán)境測(cè)試樣本只有3發(fā)，在主動(dòng)段末未能測(cè)試到會(huì)使引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合的信號(hào)，但是橫向沖擊過(guò)載系數(shù)最大達(dá)到了37，持續(xù)時(shí)間為μs級(jí)。這對(duì)彈上慣性器件來(lái)說(shuō)工作環(huán)境比較嚴(yán)酷。引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值范圍為25～45g。若按照對(duì)含爆炸元件的振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9]，需將振動(dòng)沖擊加速度值放大1.5～2倍，那么對(duì)應(yīng)25g的下限值(37.5g)已經(jīng)接近閉合。考慮到彈丸旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性的測(cè)試誤差，如果存在比3發(fā)測(cè)試樣本略微嚴(yán)酷的彈載環(huán)境，就有可能導(dǎo)致引信慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)意外閉合。

3.3振動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)軸向過(guò)載或徑向過(guò)載且量級(jí)達(dá)到25g以上、持續(xù)時(shí)間達(dá)到0.25 ms時(shí)引信即可能作用的情況，選取過(guò)載閾值接近下限的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)加上引信電路，模擬彈道沖擊振動(dòng)情況進(jìn)行了頻率為5 Hz-500 Hz-5 Hz的掃頻振動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證下限過(guò)載條件下振動(dòng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)并沒(méi)有發(fā)生閉合現(xiàn)象，引信電路也沒(méi)有異常輸出。

將掃頻振動(dòng)調(diào)整為隨機(jī)振動(dòng)，當(dāng)過(guò)載在6～8g、頻率在5～2 000 Hz時(shí)，慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)在114～178 Hz時(shí)產(chǎn)生共振，發(fā)生閉合現(xiàn)象。該試驗(yàn)說(shuō)明慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)是敏感的。雖然彈道橫向沖擊在主動(dòng)段末已消失，但如產(chǎn)生共振，其影響會(huì)延續(xù)一段時(shí)間，在多次共振且頻率較高的情況下，會(huì)導(dǎo)致彈性振動(dòng)系統(tǒng)即慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的振幅累計(jì)達(dá)到閉合行程使慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)意外閉合。

4結(jié)論

本文提出了剛體動(dòng)力學(xué)理論分析和ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合的方法，分析了慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)特性和彈道安全性。對(duì)外彈道力學(xué)環(huán)境進(jìn)行理論計(jì)算得出：在設(shè)計(jì)萬(wàn)向發(fā)火的慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值時(shí)，要考慮到比傳統(tǒng)引信設(shè)計(jì)理論更為準(zhǔn)確的外彈道力學(xué)環(huán)境，不能忽略彈丸繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性過(guò)載徑向分量。理論分析和仿真計(jì)算結(jié)果均表明：彈簧抗力和結(jié)構(gòu)尺寸偏差對(duì)慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)閉合閾值影響較大，慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)實(shí)際閉合閾值可能超出設(shè)計(jì)范圍。彈道安全性仿真和振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果表明：慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)對(duì)彈道振動(dòng)沖擊的響應(yīng)是敏感的，其閉合閾值下限偏低，與彈道振動(dòng)沖擊過(guò)載接近，彈道環(huán)境適應(yīng)能力明顯不足。若發(fā)生多次共振或高頻振蕩皆有可能引起彈道炸。本文提出的動(dòng)力學(xué)分析方法可以為高瞬發(fā)度彈藥引信應(yīng)用低過(guò)載慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)提出參考。為避免彈道炸事故的頻繁發(fā)生，可在現(xiàn)有慣性觸發(fā)開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高過(guò)載閾值，同時(shí)分析和驗(yàn)證參數(shù)調(diào)整對(duì)引信作用可靠性和瞬發(fā)度的影響。或?qū)T性觸發(fā)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)成破甲彈引信常用的雙層風(fēng)帽形式，以減小發(fā)射初始擾動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴流作用引起的振動(dòng)沖擊過(guò)載帶來(lái)的不利影響。

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*收稿日期:2016-01-04

作者簡(jiǎn)介:張武鳳(1992—)，女，安徽馬鞍山人，碩士研究生，研究方向：引信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。E-mail:442882908@qq.com。

中圖分類(lèi)號(hào):TJ432.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào)：1008-1194(2016)03-0035-06

Analysis of Inertial Impact Switch Dynamic Characteristics and Fuze Ballistic Explosion

ZHANG Wufeng1，WANG Yushi1，ZHANG Hong2，WEN Quan1，ZHANG Limei2，CHENG Jun1

(1.School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094, China；2.State-owned Plant 524，Jilin 132021, China)

Abstract:Aiming at the problem of 70 mm aircraft rocket high explosion projectile fuze ballistic explosion，a joint method of rigid body dynamics theoretical analysis and ADAMS dynamics simulation was proposed to analyze the dynamic characteristics and ballistic safety of inertial impact switch.Exterior ballistic environment analysis showed that closed acceleration threshold design of the universal inertial impact switch couldn’t ignore the radial inertial force，which is caused by the motion of projectile around the center of mass. The dynamics simulation showed that spring resistance and structural dimension deviation had great influences on the closed acceleration threshold of the inertial impact switch. The closed acceleration threshold might be beyond the design range.The ballistic safety kinematic simulation and vibration test showed that ballistic shock vibration had great influences on inertial impact switch,and the value between the acceleration lower threshold of the inertial impact switch and the ballistic acceleration of the weapon system dynamic test was small,so that the inertial impact switch couldn’t adapt to the extreme ballistic environment.It could be found that the fuze ballistic explosion might be due to multiple resonance or high frequency oscillation of the inertial impact switch.

Key words:fuze; dynamics analysis; dynamic characteristics; inertial impact switch;ballistic explosion