新型彈藥電磁防護(hù)技術(shù)分析

冒建軍

【摘 要】電發(fā)火彈藥是電子技術(shù)與彈藥相結(jié)合的產(chǎn)物，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛應(yīng)用。由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境使得電發(fā)火彈藥使用的安全性與性能的可靠性受到極大威脅。為此，本文首先就電磁環(huán)境對(duì)電發(fā)火彈藥安全性的影響及危害模式進(jìn)行了分析，研究了目前常用電磁防護(hù)加固技術(shù)及其存在的問(wèn)題，提出采用電磁屏蔽技術(shù)來(lái)對(duì)電發(fā)火彈藥進(jìn)行電磁防護(hù)是一種最直接最有效的方法。

【關(guān)鍵詞】新型彈藥；電火工品；電磁防護(hù)；電磁屏蔽

中圖分類號(hào)： TJ410 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）08-0144-002

Analysis of New Type Ammunition Electromagnetic Protection Technology

MAO Jian-jun

（Fujian Ordnance Equipment Co.，Ltd.，Yongan 350003，China）

【Abstract】Electric fire ammunition is a combination of electronic technology and ammunition.It is widely used in modern warfare.Due to the complex electromagnetic environment of the battlefield in modern warfare，the safety and performance reliability of the use of electric firearm ammunition is greatly threatened.Therefore，this paper first analyzes the influence of electromagnetic environment on the safety of electric firearm ammunition and the hazard model，studies the current electromagnetic protection reinforcement technology and its existing problems，and proposes the use of electromagnetic shielding technology to electromagnetically protect electric ammunition.It is the most direct and effective method.

【Key words】New type of ammunition；Electric pyrotechnics；Electromagnetic protection；Electromagnetic shielding

1 目前電發(fā)火彈藥抗電磁環(huán)境危害存在的問(wèn)題

電發(fā)火彈藥的電點(diǎn)火系統(tǒng)通常由電火工品（EED）和相關(guān)發(fā)火線路構(gòu)成。EED作為電發(fā)火彈藥的終端負(fù)載，同時(shí)也是電發(fā)火彈藥中最敏感、最危險(xiǎn)的部分，最容易受到電磁能量的危害。電發(fā)火彈藥儲(chǔ)運(yùn)、勤務(wù)處理及戰(zhàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有意外發(fā)火或瞎火現(xiàn)象，經(jīng)研究分析，電發(fā)火彈藥意外發(fā)火、瞎火的原因主要是EED受到電磁干擾所致。

目前，所制定的有關(guān)電磁環(huán)境的國(guó)軍標(biāo)，都是針對(duì)整個(gè)武器系統(tǒng)而言，還沒(méi)有確定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)明確定義電發(fā)火彈藥所處的電磁環(huán)境。電發(fā)火彈藥相對(duì)于整個(gè)武器系統(tǒng)而言，只是其中一個(gè)分系統(tǒng)。它所受到的電磁危害，與武器系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境，以及與之相連接的其它分系統(tǒng)相關(guān)。當(dāng)前電發(fā)火彈藥抗電磁危害加固技術(shù)還存在許多問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：電磁能量進(jìn)入電發(fā)火彈藥，引起電磁危害的情況十分復(fù)雜，使得理論研究、機(jī)理分析具有一定的難度；電磁試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際存在電磁環(huán)境有一定的差別，在實(shí)際電磁環(huán)境中，可能有各種不同形式的電磁干擾源（如雷達(dá)脈沖波、連續(xù)波等）同時(shí)作用到電發(fā)火彈藥上，而在電磁試驗(yàn)環(huán)境中，每次試驗(yàn)只是施加單一的一種電磁干擾源，現(xiàn)有電磁試驗(yàn)環(huán)境中，這是無(wú)法真實(shí)模擬的；相應(yīng)的電子器件參數(shù)難以達(dá)到，在武器系統(tǒng)中，要求電子元器件不僅能耐高溫，且能耐高壓以及高過(guò)載，同時(shí)，對(duì)電發(fā)火彈藥來(lái)說(shuō)，其中電火工品的小型化、精密化是發(fā)展的必然趨勢(shì)，這對(duì)電子元器件就提出了更高的要求，從目前國(guó)內(nèi)來(lái)看，相應(yīng)的電子器件參數(shù)難以滿足電發(fā)火彈藥對(duì)電子器件的高要求。因此，要設(shè)計(jì)出既滿足電發(fā)火彈藥戰(zhàn)技性能要求又能有效防護(hù)電磁危害的電發(fā)火系統(tǒng)存在很大難度。

濾波、優(yōu)化電路及線路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路等加固技術(shù)一般多運(yùn)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，如果采用這些方法對(duì)現(xiàn)役電發(fā)火彈藥進(jìn)行電磁防護(hù)加固，必然影響到彈藥本身的射程、精度、空氣動(dòng)力學(xué)特性等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)，需要對(duì)多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行重新鑒定，這樣大的工作量在工程上是無(wú)法承受的，也是得不償失的。因此，采取這些措施提高現(xiàn)有已定型電發(fā)火彈藥武器系統(tǒng)的抗電磁危害能力，是難以實(shí)現(xiàn)的。

2 電磁環(huán)境對(duì)點(diǎn)發(fā)火彈藥安全性的影響及危害模式

裝有EED的電發(fā)火彈藥在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，不可避免地會(huì)受到電磁環(huán)境中各種電磁能量的威脅。電磁能量對(duì)彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的直接作用有兩種：一是以電流的形式通過(guò)腳線輸入橋絲，通過(guò)加熱橋絲使電點(diǎn)火具發(fā)火；再就是以電壓形式加在腳殼之間，通過(guò)火花放電引爆電點(diǎn)火具。前一種是低電壓大電流的過(guò)程，后一種則是高電壓小電流的過(guò)程。在很多情況下，這兩種作用是同時(shí)存在的，并且一種作用占主導(dǎo)。哪一種機(jī)理起主導(dǎo)作用取決于輻照電磁波的形式（連續(xù)波、脈沖波）、電點(diǎn)火具的類型（灼熱橋絲、火花式、間隙式）以及電磁能量作用于彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的方式（傳導(dǎo)、輻射）。

電磁能量是通過(guò)能量耦合的方式進(jìn)入到彈藥系統(tǒng)內(nèi)部的，電磁能量有傳導(dǎo)和輻射兩種傳輸方式。試驗(yàn)研究表明，各種電磁危害源主要是通過(guò)能量的傳導(dǎo)耦合或輻射耦合模式發(fā)生作用的。其作用機(jī)理主要表現(xiàn)為：熱效應(yīng)、電磁輻射場(chǎng)作用、靜電場(chǎng)效應(yīng)、磁效應(yīng)。傳導(dǎo)耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過(guò)金屬導(dǎo)體或集總元件（如電容器、變壓器）耦合至電路系統(tǒng)（或元器件）的能量傳遞方式，根據(jù)具體的耦合方式，可分為直接傳導(dǎo)耦合、公共阻抗耦合、轉(zhuǎn)移阻抗耦合等。輻射耦合是指電磁能量通過(guò)空間以電磁場(chǎng)輻射形式耦合至電路系統(tǒng)（或元件）的能量傳遞方式，主要是通過(guò)孔洞、縫隙、屏蔽體泄漏等耦合。

靜電放電和直擊雷的雷電浪涌對(duì)彈藥電點(diǎn)火電路的耦合途徑屬于傳導(dǎo)耦合模式，靜電放電和直擊雷可以通過(guò)彈藥的金屬殼體耦合進(jìn)入電點(diǎn)火電路，這種耦合通道需要由金屬導(dǎo)線或集總元件組成的連接線路。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、不同物質(zhì)間的摩擦以及粉塵、沙、土、雪、冰晶體和雨對(duì)彈藥的沖擊能夠產(chǎn)生高達(dá)300kV的靜電電壓。靜電能量與積累電壓的平方和帶電物體分布電容的大小成正比。高分子復(fù)合包裝材料和化纖衣物經(jīng)過(guò)摩擦都可以產(chǎn)生數(shù)十kV的靜電電壓。當(dāng)外來(lái)物體的靜電荷意外地加載到彈藥發(fā)火線路上時(shí)，可以引起彈藥非正常發(fā)火，或者給彈藥造成潛在性危害。直擊雷通過(guò)傳導(dǎo)方式可以將上千伏的電壓和上百安的電流耦合到彈藥電點(diǎn)火電路上，使EED瞬間爆裂甚至將發(fā)火導(dǎo)線熔融氣化燒毀。

輻射耦合分為“前門”和“后門”耦合?！扒伴T”耦合是指電磁場(chǎng)通過(guò)天線，包括導(dǎo)線、殼體，耦合到彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)中的一種耦合方式。“后門”耦合則是指電磁能量通過(guò)各種“窗口”，如接縫、開(kāi)口、艙口、進(jìn)氣孔、排氣孔以及開(kāi)關(guān)等穿透的一種耦合方式。電磁脈沖場(chǎng)輻射耦合到導(dǎo)線上，會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)感應(yīng)電壓或電流，這些瞬態(tài)干擾沿著導(dǎo)線進(jìn)入EED，超過(guò)一定的強(qiáng)度就會(huì)使EED 發(fā)火或發(fā)生潛在性失效，造成事故。武器系統(tǒng)殼體上的孔縫，如測(cè)試電纜孔、通風(fēng)孔等，破壞了殼體屏蔽的完整性，電磁脈沖也會(huì)通過(guò)這些孔縫耦合進(jìn)入電點(diǎn)火系統(tǒng)。

傳導(dǎo)耦合模式中耦合到彈藥電點(diǎn)火電路上的能量較輻射耦合模式大得多，因此，只要有傳導(dǎo)耦合發(fā)生時(shí)，彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)中的EED通常會(huì)被起爆或者遭到破壞。傳導(dǎo)耦合的破壞力較輻射耦合大。但是，傳導(dǎo)耦合的發(fā)生需要通過(guò)電阻、電容或電感構(gòu)成的耦合通道，只要破壞了這個(gè)通道或者將傳導(dǎo)耦合進(jìn)入的能量泄放掉，就可以防止其對(duì)彈藥電點(diǎn)火電路的破壞。多數(shù)情況下是輻射耦合與傳導(dǎo)耦合同時(shí)存在，空間電磁能量經(jīng)輻射耦合后，常以傳導(dǎo)耦合的方式進(jìn)入電路系統(tǒng)。

3 常用電磁防護(hù)加固技術(shù)

（1）屏蔽

屏蔽是利用金屬盒、金屬網(wǎng)等屏蔽體將電發(fā)火彈藥及其相關(guān)發(fā)火電路（包括電源、發(fā)射線、開(kāi)關(guān)和支路電路）包圍起來(lái)，或?qū)ξ淦鞯膸讉€(gè)部分分別進(jìn)行屏蔽，盡量減少進(jìn)入武器系統(tǒng)的電磁能量的一種抑制干擾措施。交變的電場(chǎng)作用于導(dǎo)體表面時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部電子在電場(chǎng)力的作用下形成傳導(dǎo)電流使電場(chǎng)一部分被反射，一部分透射。交變磁場(chǎng)在屏蔽體內(nèi)可產(chǎn)生渦流一方面渦流可消耗原磁場(chǎng)的能量，使其減弱；另一方面渦流產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)可以抵消原來(lái)的磁場(chǎng)，從而使進(jìn)入屏蔽體內(nèi)部的電磁能量減小。

（2）濾波

為了將電磁干擾脈沖過(guò)濾，減少干擾脈沖對(duì)彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的危害，設(shè)計(jì)濾波器是個(gè)有效的手段[21]。由于電發(fā)火彈藥是直流發(fā)火設(shè)計(jì)，所以電點(diǎn)火系統(tǒng)中的濾波器應(yīng)選用低通濾波器。其原理是用高阻抗隔斷不要的高頻電磁能量，并具有良好的低通特性，以保證彈藥可靠發(fā)火。選擇適當(dāng)電容及電感組合構(gòu)成濾波器，對(duì)提高彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)抗電磁環(huán)境危害的能力具有較好的效果。

（3）優(yōu)化布線及線路設(shè)計(jì)

對(duì)于電場(chǎng)產(chǎn)生的附加電動(dòng)勢(shì)：

可知，設(shè)計(jì)彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的回路時(shí)路徑應(yīng)當(dāng)盡量地短，以減小感應(yīng)電壓，從而增強(qiáng)彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的抗電磁危害能力。

對(duì)于交變磁場(chǎng)B產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)

可知應(yīng)盡量減少?gòu)椝庪婞c(diǎn)火系統(tǒng)引線所圍的回路面積s，避免環(huán)路及大面積長(zhǎng)走線。兩根導(dǎo)線應(yīng)采用絞線的形式，利用對(duì)稱布線產(chǎn)生逆反感生電動(dòng)勢(shì)的方法減小電磁危害。

（4）保護(hù)電路

彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)中的保護(hù)電路也很重要。在突然受到大能量的電磁干擾時(shí)保護(hù)電路可瞬時(shí)導(dǎo)通將大部分具有破壞能力的能量泄放掉，從而使電點(diǎn)火系統(tǒng)中的電點(diǎn)火具受到保護(hù)，避免發(fā)火。具體有火花隙、半導(dǎo)體擊穿器件等。

火花隙是一種介質(zhì)擊穿器件。利用某些晶體材料在強(qiáng)電場(chǎng)中從介質(zhì)表面發(fā)射電子，在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生電弧形成放電通道，從而使高電壓在瞬間泄放掉的原理制成。

半導(dǎo)體擊穿器件包括整流二極管、齊納二極管、TransZorb管、非性電阻器等。這些器件的特性是在高電壓時(shí)電阻較小，響應(yīng)迅速，能瞬間泄放掉靜電高壓等電磁能量，而低電壓條件下呈高阻狀態(tài)，不影響電點(diǎn)火系統(tǒng)正常發(fā)火。

4 結(jié)論

屏蔽作為抑制電磁干擾最常用、最直接且有效的技術(shù)手段，不僅對(duì)電磁輻射干擾有良好的抑制效果，而且對(duì)靜電干擾和電容性耦合、電感性耦合干擾均有明顯的抑制作用，因此，屏蔽作為一種直接有效的電磁危害防護(hù)手段在電磁危害防護(hù)設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。而對(duì)于采用電磁屏蔽方法提高彈藥電磁防護(hù)能力最直接最有效的方法莫過(guò)于直接從彈藥的包裝入手，通過(guò)對(duì)彈藥包裝本身電磁防護(hù)能力的改善和提高，切斷外界電磁危害對(duì)彈藥電點(diǎn)火系統(tǒng)的影響，從而達(dá)到對(duì)電發(fā)火彈藥進(jìn)行有效電磁防護(hù)的目的。