一種新型深水炸彈引信解除保險機構(gòu)設(shè)計

黃德雨，張世林

(1.中國人民解放軍95874部隊， 南京 210022； 2.中船重工第710研究所， 湖北 宜昌 443000)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

一種新型深水炸彈引信解除保險機構(gòu)設(shè)計

黃德雨1，張世林2

(1.中國人民解放軍95874部隊， 南京 210022； 2.中船重工第710研究所， 湖北 宜昌 443000)

為了適應(yīng)深水炸彈引信在深水中能夠安全可靠的接觸保險，設(shè)計了一種新型的多重引信保險機構(gòu)，該機構(gòu)具有投彈保險、限位保險和輔助保險的多重功能，發(fā)射保險利用投彈重力環(huán)境剪斷剪切銷解除投彈保險；限位保險利用水壓力來實現(xiàn)水壓機構(gòu)的錯位移動解除保險；輔助保險確保了引信在未正常工作的情況下的安全處理。通過試驗驗證了多重保險的可靠性，結(jié)果表明：該機構(gòu)對于深彈引信的安全性和可靠性是可行的。

引信；保險機構(gòu)；解保；試驗分析

保險機構(gòu)是引信安全系統(tǒng)的重要機構(gòu)之一[1]。它的作用是確保在勤務(wù)處理和發(fā)射時的安全，并確保彈丸發(fā)射時引信在一定的環(huán)境激勵下可靠解除保險，使得整個引信處于待發(fā)狀態(tài)。沉底雷由于其隱蔽性好、能持續(xù)長期的威脅敵人，并且難以安全掃除。本文針對大深度沉底水雷的清除設(shè)計了一種新型的深水炸雷彈引信安全解除保險機構(gòu)，該引信機構(gòu)很好地解決了深水炸雷彈清除沉底雷的安全性問題。

1 引信保險結(jié)構(gòu)及工作原理

引信采用水壓環(huán)境和投彈的拔銷動作來解除隔離保險，總體結(jié)構(gòu)上主要由拔銷機構(gòu)、水壓機構(gòu)、隔爆機構(gòu)等機構(gòu)組成。引信保險機構(gòu)如圖1、圖2所示。

1.拔銷; 2.剪切銷; 3.鹽塊; 4.鋼珠; 5.水壓膜; 6.水壓彈簧; 7.水壓桿; 8.導(dǎo)爆管; 9.水壓桿定位筒; 10.鋼珠座

圖1 引信保險裝置結(jié)構(gòu)

圖2 引信保險裝置實物圖

該機構(gòu)包含3重保險：投彈保險、限位保險和輔助保險(自毀)。投彈保險保證在勤務(wù)處理過程中的操作安全，當遭遇意外拉拽產(chǎn)生的激勵不足以拔掉投彈拔銷，保障了人員勤務(wù)處理過程的安全；限位保險主要是實現(xiàn)延期解除保險裝置、隔爆和實現(xiàn)接通電路開關(guān)的功能，利用水壓機構(gòu)產(chǎn)生的壓縮力實現(xiàn)錯位移動，從而可靠解除引信保險；輔助保險主要保證深彈在誤投彈(投彈點水深小于20 m)或引信故障不能正常起爆時(啞彈)的安全處理。

引信作用過程：水壓機構(gòu)被鋼珠(4)固定，而鋼珠(4)又被拔銷固定在定位筒(9)中，拔銷(1)被剪切銷(2)固定在鋼珠座(10)中，投彈拔銷(1)通過鋼珠(4)與水壓桿(7)機構(gòu)的自鎖解脫動作完成水壓保險。投彈時，深彈在重力作用下落下，拔銷(1)機構(gòu)承力，剪斷剪切銷(2)，投彈拔銷(1)拔出，解脫鋼珠(4)，釋放水壓桿(7)。彈入水，海水經(jīng)過進水口進入引信內(nèi)部，使水壓膜變形產(chǎn)生壓力，壓縮水壓彈簧，水壓桿(7)在海水的壓力下移動，使得導(dǎo)爆管(8)和雷管對正，解除傳爆系列的隔爆狀態(tài)，并接通接電開關(guān)開始計時，最終進入待發(fā)狀態(tài)。同時，海水將通過內(nèi)部管道進入絕火座內(nèi)，緩慢將絕火鹽柱(3)溶化，如彈未正常起爆，海水在溶化完絕火鹽柱(3)后進入引信內(nèi)部，使引信因浸水而失效，保證后續(xù)處理過程中的安全性。

3 相關(guān)計算

3.1 剪切銷強度計算

剪切銷具有抗力大、體積小、制作簡單的特點。為使剪切銷有盡可能高的作用靈敏度，一般可按安全條件設(shè)計剪切銷的直徑，然后進行抗力試驗驗證其能否可靠剪斷。根據(jù)安全條件可得剪切銷直徑為[2-3]

(1)

其中：F為作用在剪切銷上的力；σ為材料的抗拉強度。為確保剪切銷在一定儲備年限下不會腐蝕，選用銅基質(zhì)的材料作為剪切銷材料。已知彈重為G，投彈裝置偏角為10°，彈體與投放裝置的摩擦系數(shù)為f,則:

F=Gcos10°-Ff=G(cos10°-fsin10°)

(2)

計算出直徑后，再根據(jù)試驗對其進行檢驗驗證其可靠性，并確定剪切銷的剪切抗力如表1所示，最終選擇直徑為1.6 mm的鈹青銅材料作為投彈剪切銷。

表1 剪切銷試驗數(shù)據(jù)

3.2 水壓機構(gòu)計算分析

水壓機構(gòu)如圖1所示：水壓膜半徑為R，深彈工作水深為h1～h2(m)。由于進水口位于彈尾部，進水不及頭部順暢。彈在下潛過程中，水壓機構(gòu)感受到的海水壓力為動水壓，比靜水壓小[4-5]。在設(shè)計水壓機構(gòu)時，用靜水壓校核H(m)安全水深是偏安全的。為兼顧h1(m)工作水深指標，設(shè)定水壓機構(gòu)解除保險的水深為h0(m)。則水壓桿所受到的海水壓力為

F水壓=πR2ρgh

(3)

另外，水壓桿在運動時，將壓縮引信內(nèi)部的空氣，忽略在壓縮過程中的氣溫變化，根據(jù)設(shè)計模型，保險狀態(tài)時引信內(nèi)部氣體空腔體積為V0，解除保險后內(nèi)腔空腔體積為V1，根據(jù)恒溫壓縮公式：

P0V0=P1V1

(4)

(5)

則內(nèi)腔氣體在水壓膜(水壓桿碗部)變形后產(chǎn)生的對抗壓力：

F抗=(P1-P0)πR2

(6)

水壓彈簧彈性系數(shù)為k，處于保險狀態(tài)時，長度為L1，壓縮量Δx0；解除隔爆時，長度為L2，則水壓彈簧解保狀態(tài)時受到的彈力為

F彈簧=k(Δx0+L1-L2)

(7)

由分析可知，水壓機構(gòu)的臨界解保壓力：

F=F水壓-f摩擦力-F抗-F彈簧=

L1-L2)-f摩擦力

(8)

式(8)中f摩擦力為水壓桿與其他零部件之間的摩擦力之和。

3.3 鋼珠自鎖機構(gòu)計算分析

為確保投彈拔銷拔出后，水壓機構(gòu)處于解鎖狀態(tài)，設(shè)計時必須防止鋼珠自鎖后發(fā)生滾動[6-7]，解脫后處于自鎖狀態(tài)。圖3為自鎖機構(gòu)中鋼珠的受力示意圖。鋼珠受到拔銷的壓力Fr6和摩擦力Ft6、鋼珠座產(chǎn)生的壓力Fr7和摩擦力Ft7、水壓桿定位筒產(chǎn)生的壓力Fr8和摩擦力Ft8，其中壓力Fr8與鋼珠中心軸的壓力角為α，摩擦系數(shù)μ=0.15，鋼珠半徑為單位長度。

(1)

由式(1)可知，當投彈拔銷解除后，鋼珠不可能自鎖。

圖3 自鎖機構(gòu)鋼珠受力示意圖

當投彈拔銷未解除時，假定鋼珠處于滾動狀態(tài)，則由平衡方程可得：

Ft7=Fr7μ

(2)

Ft8=Fr8μ

(3)

Fr6=Fr8sinα+Ft8sinα-Ft7

(4)

Ft6max=Fr6μ

(5)

由式(5)可得：

Fr6≥Fr7+Fr8

(6)

由式(2)至式(4)可知以上公式不滿足式(6)，所以鋼珠不會發(fā)生滾動現(xiàn)象。

為確保投彈拔銷能夠可靠從自鎖機構(gòu)中拔出，設(shè)計時必須保證拔銷與鋼珠之間的摩擦力Ft6遠小于投彈拔銷力。在臨界狀態(tài)下，由平衡方程可得：

Fr8sinα+Ft8cosα-Ft7-Fr6=0

(7)

Fr8cosα+Ft8sinα-Fr7-Ft6=0

(8)

Fr8sinα+Ft8cosα(1+cosα)+Ft8sinαcosα-

Fr6-Ft6=0

(9)

Fr6cosα-Ft6(1+sinα)-Fr7sinα+

Ft7(1+cosα)=0

(10)

由式(7)至式(10)求得拔銷對鋼珠的摩擦力遠遠小于投彈拔銷力F，可知投彈拔銷能夠可靠的從自鎖機構(gòu)中拔出。

4 引信解保實驗分析

4.1 水壓解保

樣機如圖4所示，試驗時隨機挑選12套樣機并進行編號，分別將引信緩慢放入深水池中，觀測外接電路信號指示燈是否亮來判斷引信是否解保。試驗結(jié)果見表2，由表2可知試驗引信安全解除保險的要求，8 m水深時引信處于保險狀態(tài)，在10～15 m水深可靠解除保險，滿足了作戰(zhàn)使用要求。從表2可看出水壓機構(gòu)的實際解保深度大于理論解保深度，經(jīng)分析在于水壓彈簧的實際抗力處于理論抗力值的正公差內(nèi)[8]，抗力值偏上限，導(dǎo)致實際解保水深大于理論解保水深。

圖4 試驗引信樣機

編號水壓彈簧抗力/N理論解保深度/m實際解保深度/mh0安全情況水密情況恢復(fù)安全情況178812．15安全未漏水恢復(fù)280811．1安全未漏水恢復(fù)377．8812安全未漏水恢復(fù)478．2810．9安全未漏水恢復(fù)579810．1安全未漏水恢復(fù)679811．8安全未漏水恢復(fù)778811．3安全未漏水恢復(fù)879．9814．3安全未漏水恢復(fù)978．6811．8安全未漏水恢復(fù)1079．4811．15安全未漏水恢復(fù)1179．8810．9安全未漏水恢復(fù)1278811．3安全未漏水恢復(fù)

4.2 輔助解保

絕火機構(gòu)作為引信的輔助安全機構(gòu)，安裝在引信管內(nèi)，由絕火座、鹽柱、密封圈、平壓螺和橡膠片等構(gòu)成，鹽柱采用壓制的硝酸鉀作為材料，保持鹽塊的溶解時間在30 min～24 h時間內(nèi)。試驗時為了模擬絕火機構(gòu)在60 m水深的情況下鹽塊溶解情況，試驗選擇5 MPa高壓斧來模擬水深。將12枚樣機放入立式高壓斧中，如圖5所示。確保艙門密封，加壓至0.6 MPa時開始計時，加壓時間定在40 min。取出樣機進行拆卸觀測絕火鹽塊的溶解狀態(tài)。試驗時大約在35 min后壓力表出現(xiàn)泄壓，說明有鹽塊已經(jīng)溶解。試驗結(jié)果如圖6所示：有2枚樣機鹽塊完全溶解，其余均輕微溶解。試驗表明：鹽塊式的絕火機構(gòu)能夠滿足引信的輔助安全性，達到了設(shè)計指標要求。后續(xù)通過大量樣本進行了各項環(huán)境試驗考核[7,9-10]，鹽塊溶解時間分布區(qū)間為30 min～24 h，但溶解時間離散性較大，經(jīng)分析其原因在于壓制鹽塊時受硝酸鉀顆粒及濕度、壓力等外界環(huán)境影響有關(guān)。

圖5 高壓斧開始工作狀態(tài)

圖6 絕火鹽塊溶解狀態(tài)

5 結(jié)論

分析了投彈保險和水壓桿的限位保險的可靠性。試驗結(jié)果表明，引信保險機構(gòu)在安全水深均未解保，在工作水深均可正常解保，并且沒有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象；引信脫離水壓環(huán)境后能夠正常復(fù)位至保險狀態(tài)。

[1] 北京工業(yè)學院觸發(fā)引信教研室.引信設(shè)計上冊[M].北京：北京工業(yè)學院，1976.

[2] 張合.引信機構(gòu)學[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

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[10]張世林； 阮曉亮.攻角對一種深水炸彈入水散布特性的影響[J].四川兵工學報,2015,35(11):40-45.

(責任編輯周江川)

Design of New Type of Depth Bomb Fuze Arming Mechanism

HUANG De-yu1, ZHANG Shi-lin2

(1.The No. 95874thTroop of PLA, Nanjing 210022, China; 2.CSIC-710, Yichang 443000, China)

In order to meet the safe and reliable contact safety of deep water bomb fuze in deep water, a new type of multiple fuze safety mechanism was designed. The function of specific release of insurance, auxiliary limit insurance and supplementary insurance were contained in this mechanism. Launch insurance cuts shear pin to lift the bomb insurance by gravity bomb;Limit insurance move the hydraulic mechanism arming by the utilization of water pressure; Auxiliary insurance ensures the safety of processing in normal working condition. The reliability of the multiple insurance was verified by the test. The results show that the mechanism for deep fuze safety and reliability is feasible.

fuze； insurance mechanism；arming; experiment analysis

2016-06-15；

2016-08-30

黃德雨(1984—)，男，助理工程師，主要從事彈箭遠程與高效毀傷研究。

10.11809/scbgxb2017.01.012

黃德雨，張世林.一種新型深水炸彈引信解除保險機構(gòu)設(shè)計[J].兵器裝備工程學報，2017(1):47-50.

format:HUANG De-yu, ZHANG Shi-lin.Design of New Type of Depth Bomb Fuze Arming Mechanism [J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):47-50.

TJ410

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