引信防止漏裝隔爆件的零部件稱重方法

蔡泓杰，聞　泉，王雨時，張志彪，潘守華

(1.南京理工大學 機械工程學院，南京　210094; 2.北方特種能源集團西安慶華公司， 西安　710025)

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引信防止漏裝隔爆件的零部件稱重方法

蔡泓杰1，聞泉1，王雨時1，張志彪1，潘守華2

(1.南京理工大學 機械工程學院，南京210094; 2.北方特種能源集團西安慶華公司， 西安710025)

摘要：漏裝隔爆件會造成引信安全系統(tǒng)失效，必須有可靠的方法確保引信裝有隔爆件，通過稱量獲得檢驗合格的各零部件約100組質(zhì)量數(shù)據(jù)，對其分布參數(shù)進行擬合。而后隨機生成符合該參數(shù)的隨機數(shù)作為零部件質(zhì)量，將零部件質(zhì)量相加得到漏裝隔爆件、裝有隔爆件及漏裝隔爆件但誤多裝其他零部件的引信質(zhì)量范圍，給出了判定引信必然裝有隔爆件的方法。模擬結(jié)果表明，該方法可行且不會浪費零部件。

關(guān)鍵詞：引信；統(tǒng)計分析；檢驗方法；質(zhì)量測量；隔爆安全性

本文引用格式：蔡泓杰，聞泉，王雨時，等.引信防止漏裝隔爆件的零部件稱重方法[J].兵器裝備工程學報，2016(6):114-118.

Citation format:CAI Hong-jie, WEN Quan, WANG Yu-shi, et al.Method to Prevent Fuzes from Lacking Interrupter by Weighting Its Components[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(6):114-118.

引信隔爆件是使傳爆序列中的敏感爆炸元件平時與下一級鈍感爆炸元件隔離的零件或部件，可保證引信在保險狀態(tài)時可靠隔爆，從而避免彈藥早炸以致危及我方人員和裝備的安全。在彈藥發(fā)射后運動到安全距離以外之后，隔爆件解除隔爆。一般引信都設置有能保證足夠安全性的隔爆機構(gòu)[1]。

引信缺陷一般分為致命缺陷、嚴重缺陷和輕缺陷。GJB5479—2005《引信缺陷分類》[2]將引信隔爆件不在隔爆位置和引信隔爆功能不可靠均歸為致命缺陷。隔爆件漏裝可能使引信安全系統(tǒng)失效，從而難以避免引信過早炸，后果極為嚴重。因此在引信設計及檢驗時都應格外關(guān)注。

GJB 373A—1997《引信安全性設計準則》[3]規(guī)定：如果起爆元件的設置使得引信安全性依靠隔爆件的存在來保證，則引信的設計應采取有效的措施，防止在隔爆件放置不正確的情況下裝配成引信成品。

GJB 4087—2000《引信安全性檢驗方法》[4]規(guī)定：引信隔爆機構(gòu)和保險機構(gòu)必須處于保險狀態(tài)。檢測方法為利用X射線檢測設備或其他檢測設備對裝配在引信中的隔爆機構(gòu)、保險機構(gòu)的保險狀態(tài)進行檢驗。要求不允許出現(xiàn)下列致命缺陷：

1) 隔爆機構(gòu)解除保險或半解除保險；

2) 保險機構(gòu)解除保險或半解除保險；

3) 保險件、隔爆件漏裝、錯裝。

關(guān)于裝配正確性，該標準還規(guī)定：隔爆機構(gòu)、保險機構(gòu)和傳爆管以及其他影響安全性的部件和組件的裝配應滿足產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范要求。檢驗方法為對引信進行分解檢驗。不允許出現(xiàn)下列致命缺陷：

1) 保險件、隔爆件漏裝、錯裝；

2) 保險件、隔爆件變形、裂紋；

3) 隔爆機構(gòu)解除保險或半解除保險……

防止引信零部件漏裝的途徑常見有：零部件計數(shù)、肉眼檢查、X射線檢驗等。另外，張占龍等[5]研究了金屬零部件漏裝檢測的電磁感應方法，該方法利用電渦流感應原理監(jiān)測金屬零部件運動，判斷零部件是否漏裝。

由于隔爆件往往設置于引信中心，完成裝配后再檢查時計數(shù)基本上已不可能，而肉眼檢查難以實現(xiàn)，X射線檢測成本高、效率低，對檢測人員輻射大，且當引信體材料與隔爆件材料相同時，難以準確檢測是否漏裝隔爆件。對于小口徑引信，隔爆件在引信總質(zhì)量中占有一定比重，因此有必要探討應用稱重方法防止漏裝引信隔爆件的可行性。當上述其他方法可行時，稱重方法也可用于進一步提高防止漏裝引信隔爆件的可靠性。

1　引信結(jié)構(gòu)原理

本文涉及的引信隔爆機構(gòu)為彈簧驅(qū)動的滑塊機構(gòu)，未解除保險狀態(tài)時滑塊中的導爆藥與其上的雷管以及其下蓋板中的傳爆藥錯開。若雷管意外起爆，由滑塊(隔爆件)起到隔爆作用；解除保險狀態(tài)時，傳爆序列對正，即滑塊在彈簧驅(qū)動下運動到位，使滑塊中的導爆藥與其上的雷管以及其下蓋板中的傳爆藥對中。雷管正常起爆后，先引爆滑塊中的導爆管，再由導爆管引爆蓋板中的傳爆藥。在裝配完蓋板后未裝雷管前，引信結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該引信安全性依靠隔爆件的存在保證，隔爆件漏裝仍可意外發(fā)火，因此必須有可靠的方法對隔爆件漏裝、錯裝進行檢驗。在引信設計時通過隔爆件及與其配合的保險件的結(jié)構(gòu)已經(jīng)保證了隔爆件的防錯裝特性，在此不作贅述。由于該引信在蓋板裝入后無法直接從下方觀察到是否漏裝隔爆件，所以在安裝完其他零件后，安裝蓋板前應首先目視檢驗是否漏裝隔爆件。安裝完蓋板后，安裝雷管前，隔爆件上方的雷管孔可用于觀察是否漏裝隔爆件，但觀察時無法準確確定觀察到的零件是隔爆件還是蓋板，若看到的是蓋板而誤認為是隔爆件，將導致引信漏裝隔爆件，造成引信安全系統(tǒng)失效。因此在安裝完蓋板后需要一種可靠的方法檢驗引信是否漏裝隔爆件。通過測量雷管孔到下方物體的距離可實現(xiàn)該檢驗。另外，考慮到該引信的隔爆件質(zhì)量相對于引信總體質(zhì)量比例較大即是否漏裝隔爆件會使引信質(zhì)量有明顯差別，采用稱重的方法防止引信漏裝隔爆件可進一步提高引信未漏裝隔爆件的可靠性。

圖1　未裝雷管前的引信結(jié)構(gòu)

2　引信零部件質(zhì)量數(shù)據(jù)

該引信處于研制階段，僅對現(xiàn)有的約100套尺寸檢驗合格的零部件進行稱量。對于質(zhì)量大于0.2 g的零部件，使用HANGPING公司型號JA5003N的電子天平稱量，該天平量程500 g，精度0.001 g，樣本量及稱量統(tǒng)計結(jié)果如表1所列。對于質(zhì)量小于0.2 g的零件，使用METTLER TOLEDO公司型號AL204的電子天平稱量，該天平量程260 g，精度0.000 1 g，樣本量及稱量統(tǒng)計結(jié)果如表2所列。所有零件質(zhì)量分布統(tǒng)計直方圖如圖2所示。

對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗和威布爾分布檢驗。正態(tài)檢驗先采用偏度-峰度檢驗法即GB/T 4882—001《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗》[6]中的有方向檢驗，該方法不需要指定分布的均值和標準差，僅以偏度及峰度為依據(jù)。若該方法拒絕樣本服從正態(tài)分布，則認為樣本不服從正態(tài)分布；若該方法接受樣本服從正態(tài)分布，則求出樣本均值與標準差的最大似然估計，而后再使用Kolmogorov-Smirnov檢驗法[7](簡稱KS檢驗)檢驗樣本是否服從均值和標準差均為其最大似然估計的正態(tài)分布。威布爾分布檢驗則直接求出樣本的形狀及尺度參數(shù)的最大似然估計，之后使用KS檢驗法檢驗樣本是否服從形狀和尺寸參數(shù)均為其最大似然估計的威布爾分布。

精度為0.001 g天平稱量零件質(zhì)量分布規(guī)律擬合(顯著性水平α=0.05)結(jié)果如表3所列。精度為0.0001 g天平稱量零件質(zhì)量分布規(guī)律擬合(顯著性水平α=0.05)結(jié)果如表4所列。

表1　JA5003N天平稱取零部件質(zhì)量數(shù)據(jù)

表2　AL204天平稱量稱取零部件質(zhì)量數(shù)據(jù)

表3　JA5003N天平稱取零部件質(zhì)量分布規(guī)律擬合結(jié)果

表4　AL204天平稱量稱取零部件質(zhì)量分布規(guī)律擬合結(jié)果

圖2　零部件質(zhì)量分布統(tǒng)計直方圖

3　防止漏裝隔爆件的零部件稱重方法

通過稱重方法檢驗是否漏裝隔爆件在該引信中即指漏裝滑塊部件的引信與裝有滑塊部件的引信在質(zhì)量上是否存在明顯區(qū)別。由于在數(shù)據(jù)實測時并未獲得雷管、電作動器及灌封膠的質(zhì)量，故將裝雷管之前的帶接電部件的引信體作為稱量部件。漏裝滑塊部件的帶接電部件的引信體由引信體、蓋板、接電部件等11種零部件組成(不包括滑塊部件)，將上述所有零部件質(zhì)量相加即可得到漏裝滑塊部件的帶接電部件的引信體的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上加上滑塊部件的質(zhì)量即可得到帶接電部件的引信體的質(zhì)量。

上文中已經(jīng)得到部分零部件的質(zhì)量分布規(guī)律，故直接產(chǎn)生服從其分布規(guī)律的隨機數(shù)作為零件質(zhì)量，若零件同時服從兩種分布，則對其進行隨機模擬，取變化范圍更大的一組數(shù)據(jù)作為最終零件質(zhì)量分布；不服從特定分布規(guī)律的零件，則隨機選取稱量值作為零件質(zhì)量。另外，導爆藥和傳爆藥按圖定裝藥密度偏差直接給出最大值與最小值。其中導爆藥質(zhì)量0.073 6～0.078 4 g，傳爆藥質(zhì)量0.242 9～0.257 1 g。通過上述方法所得結(jié)果如表5所列。

表5　相關(guān)部件質(zhì)量范圍

將表5中漏裝滑塊部件的帶接電部件的引信體的質(zhì)量與滑塊部件質(zhì)量相加得到帶接電部件的引信體的質(zhì)量范圍為22.823 1～23.716 2 g。表明只要引信體質(zhì)量大于22.823 1 g，則引信體必然已含有滑塊部件。

由于帶接電部件的引信體的質(zhì)量散布超過了滑塊部件的質(zhì)量，導致了漏裝滑塊部件的帶接電部件的引信體質(zhì)量最大值22.828 5 g大于了帶接電部件的引信體的最小值22.823 1 g，即漏裝和不漏裝滑塊部件的引信體存在質(zhì)量重合區(qū)間。若引信體質(zhì)量落于重合區(qū)間內(nèi)，判定結(jié)果為該引信漏裝了隔爆件。綜上所述，以漏裝滑塊部件的帶接電部件的引信體質(zhì)量最大值22.828 5 g作為判據(jù)，即可判定引信已裝有隔爆件。

另外，多裝零部件會使漏裝隔爆件的引信質(zhì)量變大。若帶接電部件的引信體部件質(zhì)量大于22.828 5 g，也可能是帶接電部件的引信體漏裝了滑塊部件但多裝了其他零件，即存在誤判的可能。部件中的裝配銷、接電部件、制動銷、螺帽、下蓋板裝配在引信的最外部，可通過目視直接確認其是否多裝，能可靠地排除其多裝的可能性。保險螺帽、保險簧和制動簧受裝配空間限制，只可能裝入1個。僅剩保險片與隔爆片可能裝入多個，其中保險片若裝入2個，裝配在其上的螺帽將無法旋擰到位；若裝配3個以上則螺帽無法裝上，故可排除其可能性；隔爆片在裝配空間內(nèi)最多可裝入3個?？紤]最不利的情況，裝配時多裝入了1個保險片及3個隔爆片，按照上述方法對其質(zhì)量進行模擬，得到其最大值為22.989 4 g。據(jù)此，可重新確定質(zhì)量判據(jù)，即當帶接電部件的引信體質(zhì)量大于22.989 4 g時，該部件就已可靠裝入了隔爆件。

模擬帶接電部件的引信體質(zhì)量10 000次后其質(zhì)量分布統(tǒng)計直方圖如圖3所示。采用上述方法對其進行分布檢驗，其質(zhì)量服從正態(tài)分布，均值23.287 0 g，標準差0.061 6 g，最小值23.061 4 g，即其所有模擬質(zhì)量均大于22.989 4 g。又22.989 4 g在該正態(tài)分布4.8倍標準差之外，查正態(tài)分布Z值表得Z=4.8(即質(zhì)量小于均值減4.8倍標準差)的概率為0.000 08%，可忽略不計。因此不會因為該判據(jù)而在裝配檢驗時浪費零部件。

圖3　模擬10 000次后帶接電部件的引信體質(zhì)量分布直方圖

4　結(jié)束語

對本文涉及的引信零部件質(zhì)量各約100組實測數(shù)據(jù)進行分布假設和擬合檢驗，發(fā)現(xiàn)服從正態(tài)分布和威布爾分布的零件都約占半數(shù)；同時服從兩種分布的約占三分之一。文中稱取的小于0.2 g的微小零件質(zhì)量都服從威布爾分布；彈簧類零件同時服從正態(tài)分布和威布爾分布。

通過蒙特卡羅模擬得到隔爆件、漏裝隔爆件的引信部件以及裝有隔爆件的引信部件的質(zhì)量范圍，比較漏裝隔爆件的引信的質(zhì)量最大值與多裝配零件情況下漏裝隔爆件的引信質(zhì)量最大值，取兩者中較大的值作為判定引信必然裝配有隔爆件的最小值，對于本文所涉及的引信，該方法可行并且不會在裝配檢驗時浪費零部件。

由于該引信隔爆件的質(zhì)量相對于全引信比較大，質(zhì)量小于判定值的裝有隔爆件的引信占總體的比值極小，可忽略不計，所以可直接通過稱重法判定引信是否漏裝隔爆件。若其他引信隔爆件的質(zhì)量相對全引信較小，使得裝有隔爆件的引信質(zhì)量小于按上述方法計算后得到的判定值的概率較大(即裝有和漏裝隔爆件時引信質(zhì)量的重合區(qū)間較大)，此時，可采用稱重法作為一種排除依據(jù)，若稱重獲得的引信質(zhì)量大于判定值，則認為引信必然裝有隔爆件；若小于判定值，則還需通過拆檢、工具測量或其他方法(如透視等)作進一步檢查和確認。

參考文獻：

[1]GJB/Z 135—2002,引信工程設計手冊[S].

[2]GJB 5479—2005,引信缺陷分類[S].

[3]GJB 373A—1997,引信安全性設計準則[S].

[4]GJB 4087—2000,引信安全性檢驗方法[S].

[5]張占龍，江川，張璽，等.金屬零部件漏裝檢測的電磁感應方法[J].重慶大學學報，2012,35(1):65-69.

[6]GB/T 4882—2001,數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋正態(tài)性檢驗[S].

[7]謝中華.MATLAB統(tǒng)計分析與應用：40個案例分析[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

(責任編輯唐定國)

doi:10.11809/scbgxb2016.06.027

收稿日期：2015-12-13；修回日期：2016-01-07

作者簡介：蔡泓杰(1991—),男,碩士研究生,主要從事探測、制導與控制研究。

中圖分類號：TJ430.6

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)06-0114-05

Method to Prevent Fuzes from Lacking Interrupter by Weighting Its Components

CAI Hong-jie1, WEN Quan1, WANG Yu-shi1, ZHANG Zhi-biao1, PAN Shou-hua2

(1.School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China； 2.North Special Energy Group, Xi’an Qingghua Company, Xi’an 710025, China)

Abstract:Fuze safety system would be failed without the interrupter. There must be a reliable method to ensure that fuzes are assembled with interrupter. Each component was weighted with the quantity of nearly 100, after that, the distribution parameters of them were fitted. Mass data of component were generated by computer following the distribution fitted above. Masses of certain component were added together to get the mass range of fuze lacking interrupter, fuze assembled with interrupter and fuze lacking interrupter but miss assembled with redundant components, a method was given to make sure that the fuze was assembled with interrupter. Simulation results show that the method is feasible and would not waste components.

Key words:fuze；statistical analysis；inspecting method；mass measurement；detonator safety