空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)地面振動(dòng)響應(yīng)對(duì)比分析

孫　慧， 劉勇濤

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽(yáng)　471009)

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空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)地面振動(dòng)響應(yīng)對(duì)比分析

孫慧， 劉勇濤

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院， 河南 洛陽(yáng)471009)

振動(dòng)環(huán)境是空空導(dǎo)彈所經(jīng)歷的最嚴(yán)酷的環(huán)境之一,將直接影響空空導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)完整性和工作性能。觸發(fā)開關(guān)作為空空導(dǎo)彈直接碰撞目標(biāo)時(shí)的敏感發(fā)火裝置,其在各個(gè)振動(dòng)環(huán)境下的響應(yīng)直接關(guān)系到全彈性能及彈道安全性。為優(yōu)化引信結(jié)構(gòu),降低早炸發(fā)生概率,本文對(duì)三種不同類型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)地面振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比分析,同時(shí)結(jié)合有限元仿真計(jì)算,提出了較為有利的觸發(fā)開關(guān)安裝位置。

空空導(dǎo)彈;振動(dòng)環(huán)境;觸發(fā)開關(guān);振動(dòng)響應(yīng);有限元仿真;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

0　引　　言

在實(shí)戰(zhàn)中， 空空導(dǎo)彈一旦掛載在載機(jī)上便接近壽命終點(diǎn)， 其在掛飛、 自由飛等工作階段無(wú)法維修， 屬于一次性使用的成敗性產(chǎn)品， 因此必須保證空空導(dǎo)彈具有足夠的環(huán)境承受能力[1]。 空空導(dǎo)彈在空中直接碰擊目標(biāo)時(shí)， 觸發(fā)引信的關(guān)鍵動(dòng)作部件觸發(fā)開關(guān)感受到因碰撞產(chǎn)生的前沖慣性力， 其片簧脫離印制板從而輸出點(diǎn)火信號(hào)， 可靠起爆戰(zhàn)斗部， 完成敏感發(fā)火使命[2]。 所以， 觸發(fā)開關(guān)在各振動(dòng)環(huán)境下的響應(yīng)直接關(guān)系到全彈性能及彈道安全性[3]。

近年來(lái)， 導(dǎo)彈導(dǎo)引和控制系統(tǒng)技術(shù)水平的不斷提升， 使得導(dǎo)彈直接撞擊目標(biāo)的概率大大增加， 觸發(fā)引信的地位也得到了很大程度的提升， 其重要性不言而喻[4-7]。 如何確?？湛諏?dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)處振動(dòng)響應(yīng)處于低量級(jí)， 最大程度減少觸發(fā)開關(guān)觸頭與印制板之間的磨損， 保障彈道安全性已成為引信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)[7]。

為避免由觸發(fā)開關(guān)引發(fā)的引信執(zhí)行級(jí)誤動(dòng)作現(xiàn)象[8]， 有效降低早炸發(fā)生概率， 保障彈道安全性。 本文對(duì)多型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)地面振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析， 同時(shí)結(jié)合仿真數(shù)據(jù)， 確定較為有利的觸發(fā)開關(guān)安裝位置。

1　觸發(fā)開關(guān)振動(dòng)環(huán)境

1.1觸發(fā)開關(guān)原理

某空空導(dǎo)彈用觸發(fā)開關(guān)主要包括夾板、 片簧、 觸頭和印制板。 片簧一端固定在印制板上， 另一端鉚接觸頭， 并通過(guò)預(yù)應(yīng)力使觸頭可靠接觸在印制板上， 保證接觸電路導(dǎo)通。 觸發(fā)開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，X向?yàn)閺椵S正向。

圖1觸發(fā)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

觸發(fā)開關(guān)觸頭可靠接觸在印制板上， 使觸發(fā)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)； 當(dāng)彈目碰撞時(shí)， 足夠大的前沖慣性力使觸頭克服彈力， 沿X軸正向運(yùn)動(dòng)， 觸發(fā)開關(guān)打開， 觸發(fā)電路斷開， 引爆信號(hào)輸出[2]。 觸發(fā)開關(guān)電路原理圖如圖2所示。

圖2觸發(fā)開關(guān)電路原理圖

1.2振動(dòng)環(huán)境

與全彈相同， 觸發(fā)開關(guān)組件裝入全彈后， 在壽命周期內(nèi)經(jīng)歷多項(xiàng)振動(dòng)環(huán)境， 主要包括運(yùn)輸、 掛飛和自由飛振動(dòng)[1]， 如圖3所示。

導(dǎo)彈完成交付試驗(yàn)后， 需要經(jīng)過(guò)公路、 鐵路、 水路、 航空等各種運(yùn)輸方式運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)、 停機(jī)坪甚至是作戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)。 空空導(dǎo)彈由載機(jī)攜帶的過(guò)程中所感受到振動(dòng)稱為掛飛振動(dòng)， 振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)且強(qiáng)度較大。 導(dǎo)彈一經(jīng)發(fā)射， 其在空中自由飛行過(guò)程中所感受到的振動(dòng)稱為自由飛振動(dòng)， 大多由氣動(dòng)擾流、 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及導(dǎo)彈工作引起。

圖3空空導(dǎo)彈經(jīng)歷的主要振動(dòng)環(huán)境

由于空空導(dǎo)彈觸發(fā)引信在自由飛階段才加電， 在運(yùn)輸和掛飛階段均不加電， 因此觸發(fā)開關(guān)在運(yùn)輸和掛飛振動(dòng)過(guò)程中誤動(dòng)作不會(huì)引起執(zhí)行級(jí)誤動(dòng)作， 所以本文只針對(duì)觸發(fā)開關(guān)在導(dǎo)彈自由飛振動(dòng)環(huán)境下的響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析。

2　振動(dòng)試驗(yàn)

由于空空導(dǎo)彈在空中的振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù)難以獲得， 所以在地面引信艙段級(jí)進(jìn)行自由飛環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

2.1試驗(yàn)方法

利用空空導(dǎo)彈真實(shí)引信， 拆下觸發(fā)開關(guān)， 在不改變其他結(jié)構(gòu)情況下， 在觸發(fā)開關(guān)安裝位置處或附近粘接測(cè)振傳感器。 傳感器質(zhì)量與開關(guān)質(zhì)量接近， 以確保測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。 粘接振動(dòng)臺(tái)控制傳感器、 夾具控制傳感器， 并通過(guò)BNC三通， 將傳感器接至動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀， 并設(shè)置合適的傳感器類型和靈敏度[9-11]。 自由飛振動(dòng)譜型如圖4所示。

圖4自由飛振動(dòng)譜

2.2安裝位置對(duì)比

觸發(fā)開關(guān)安裝位置示意圖見圖5～7。 1型和2型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)均安裝在引信骨架上， 3型觸發(fā)開關(guān)安裝在電路盒平面上。

2.3振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比

1型、 2型、 3型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)地面自由飛振動(dòng)試驗(yàn)振動(dòng)量級(jí)均取0.5， 引信觸發(fā)開關(guān)安裝位置處振動(dòng)響應(yīng)曲線如見圖8～10， 均方根值(RMS)對(duì)比見表1。

圖5 1型空空導(dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)安裝位置示意圖圖6 2型空空導(dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)安裝位置示意圖圖7 3型空空導(dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)安裝位置示意圖

圖8 1型空空導(dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)安裝位置處振動(dòng)響應(yīng)曲線

圖9　2型空空導(dǎo)彈觸發(fā)開關(guān)安裝位置處振動(dòng)響應(yīng)曲線

2.4振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

從表1可以看出， 在振動(dòng)譜型、 振動(dòng)量級(jí)、 振動(dòng)方向都相同的情況下， 3型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)振動(dòng)響應(yīng)放大倍數(shù)明顯小于其余兩者， 優(yōu)勢(shì)明顯。 分析原因， 該結(jié)果除了與引信結(jié)構(gòu)差異有關(guān)外， 觸發(fā)開關(guān)的安裝位置起了決定性作用。 3型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)安裝在電路盒平面上， 且靠近引信本體周向的固定位置。

表1　三型觸發(fā)開關(guān)安裝位置振動(dòng)響應(yīng)均方根對(duì)比

大膽假設(shè)， 安裝位置越靠近引信本體的固定位置， 振動(dòng)放大就越小。 為驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)， 利用Abaqus軟件對(duì)3型空空導(dǎo)彈引信進(jìn)行有限元建模， 如圖11所示， 利用Random Response模塊對(duì)其進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真分析[12-15]， 其X向均方根加速度值(RTA)圖譜如圖12所示。 由圖12可以看出， 遠(yuǎn)離引信本體固定位置處的振動(dòng)放大最為明顯。

圖11　3型空空導(dǎo)彈引信有限元模型

圖123型空空導(dǎo)彈引信X向RTA圖譜

對(duì)圖7中的四個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行相同振動(dòng)條件下的測(cè)振試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果見表2， 與仿真結(jié)果基本吻合。

仿真分析結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)都說(shuō)明越是靠近引信本體固定位置， 振動(dòng)放大越不明顯[16]， 觸發(fā)開關(guān)應(yīng)安裝在靠近引信本體固定位置處。

表2　3型空空導(dǎo)彈引信測(cè)振結(jié)果

3　結(jié)　　論

本文對(duì)三種不同類型空空導(dǎo)彈引信觸發(fā)開關(guān)安裝位置處的振動(dòng)響應(yīng)均方根值進(jìn)行了對(duì)比分析， 發(fā)現(xiàn)引信本體固定位置處振動(dòng)響應(yīng)較小， 同時(shí)運(yùn)用有限元仿真手段證明了該結(jié)論， 該結(jié)論適用于對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式引信觸發(fā)開關(guān)安裝位置的確定，不僅對(duì)引信的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要借鑒作用， 而且提高了全彈在振動(dòng)環(huán)境下的彈道穩(wěn)定性[17]。

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Comparison and Analysis for Ground Vibration Response of
Fuze Impact Switch on Air-to-Air Missile

Sun Hui， Liu Yongtao

(China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China)

Vibration environment is one of the most inclement environment experienced by air-to-air missile, which directly influences the structural integrity and working performance of air-to-air missile. As the sensitive fire device when directly rushed by target, the vibration response of impact switch directly influences working performance and trajectory safety. In order to optimize the fuze structure, reduce the probability of early explosion, the ground vibration responses of three kinds of air-to-air missiles’ fuze impact switch are compared and analyzed, and added by the finite element analysis, an advantageous installation position of impact switch is proposed.

air-to-air missile;vibration environment; impact switch; vibration response; finite element analysis;structural optimization

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.03.014

2015-07-18

孫慧(1986-)， 女， 河南新鄉(xiāng)人， 碩士， 工程師， 主要從事機(jī)電引信的設(shè)計(jì)研究工作。

TJ43+1.6

A

1673-5048(2016)03-0062-04