一種感應(yīng)點(diǎn)火裝置的設(shè)計與驗證

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一○研究所 張 鵬 雷 陽

本文研究了一型適裝該發(fā)射器的感應(yīng)點(diǎn)火裝置，并進(jìn)行了試驗驗證。試驗結(jié)果表明，實現(xiàn)了BMH-2型滅火發(fā)射器對MD-1型點(diǎn)火頭的感應(yīng)點(diǎn)火功能，滿足了可靠發(fā)火電流的指標(biāo)（可靠發(fā)火電流450mA），并充分考慮可靠性、安全性等設(shè)計要求，突出兼容性和經(jīng)濟(jì)性。

引言：BMH-2型滅火發(fā)射器是一種用于發(fā)射滅火彈的肩扛式火箭彈發(fā)射器，采取觸點(diǎn)方式點(diǎn)火，使用過程中發(fā)現(xiàn)部分滅火彈裝彈卡緊、多次發(fā)射后觸點(diǎn)接觸可靠性下降等問題。針對以上問題，本文研究了一型適裝該發(fā)射器的感應(yīng)點(diǎn)火裝置，并進(jìn)行了試驗驗證。試驗結(jié)果表明，實現(xiàn)了BMH-2型滅火發(fā)射器對MD-1型點(diǎn)火頭的感應(yīng)點(diǎn)火功能，滿足了可靠發(fā)火電流的指標(biāo)（可靠發(fā)火電流450mA），并充分考慮可靠性、安全性等設(shè)計要求，突出兼容性和經(jīng)濟(jì)性。

1.BMH-2型滅火發(fā)射器主要技術(shù)指標(biāo)

（1）電源要求：+3.5V～+6.5V；

圖1 感應(yīng)點(diǎn)火裝置樣機(jī)實物圖

（2）長時間作戰(zhàn)能力：持續(xù)點(diǎn)火次數(shù)＞1000次；

（3）工作溫度范圍：-30℃～50℃；

（4）點(diǎn)火電流：平均電流不小于450mA；

點(diǎn)火持續(xù)時間：滿足發(fā)火要求的振蕩持續(xù)時間大于5ms。

圖2 感應(yīng)點(diǎn)火裝置構(gòu)成框圖

2.BMH-2型滅火發(fā)射器系統(tǒng)原理（見圖1）

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

感應(yīng)點(diǎn)火裝置主要安裝于發(fā)射器的尾部和手柄內(nèi)部腔體中，通過儲能與控制，將干電池的能量調(diào)制放大后，輸出給尾座內(nèi)的初級線圈，進(jìn)而耦合給滅火彈尾翼上的次級線圈。其構(gòu)成框圖如圖2所示。

2.2 工作原理

感應(yīng)點(diǎn)火裝置采用4節(jié)AA電池供電，電源控制開關(guān)打開時，穩(wěn)壓電路上電，同時泄放回路斷開。兩組穩(wěn)壓電路將電池電壓穩(wěn)壓至+27V、-27V分別輸出給兩個儲能電容，電源指示燈亮。按下點(diǎn)火開關(guān)，回路接通，電子開關(guān)動作，電容能量激活后端信號發(fā)生電路并驅(qū)動功率放大器輸出功率信號給振蕩電路，振蕩電路自激將信號進(jìn)一步放大并輸出至初級線圈（此時測試指示燈亮），初級線圈獲得能量后按照分離式變壓器規(guī)律將能量傳遞給次級線圈，次級線圈感應(yīng)到能量并引爆點(diǎn)火頭負(fù)載。點(diǎn)火完畢，關(guān)閉電源控制開關(guān)，穩(wěn)壓電路斷電，泄放回路接通，瞬間釋放電容能量，電源指示燈滅。

感應(yīng)點(diǎn)火以集成功率放大器及LC振蕩電路為核心器件，搭建為其服務(wù)的+27V穩(wěn)壓及儲能電路、-27V穩(wěn)壓及儲能電路、電源指示及點(diǎn)火開關(guān)控制電路、方波信號發(fā)生電路、功率放大及振蕩電路、檢測電路等，使得電池有限的輸出功率經(jīng)電容儲能堆積，電容能量受控并快速釋放，由此獲得滿足點(diǎn)火頭需求的集中的大功率輸出。

3.可靠性設(shè)計

設(shè)計在選用元器件時采取降額設(shè)計，選擇廣泛使用且易于采購的元器件。其中特別重要的點(diǎn)火控制元件V3、V8導(dǎo)通電流按照降額系數(shù)0.3，功率放大器輸入電壓降額系數(shù)0.8。該裝置經(jīng)過充放電試驗、持續(xù)點(diǎn)火試驗、實彈飛行試驗等試驗驗證，點(diǎn)火功能無異常，點(diǎn)火頭均正常起爆。

（1）充放電試驗

試驗主要使用示波器觀察常溫下儲能電容的充電時間和電源開關(guān)斷開后電容的放電時間。經(jīng)過實際測試充放電時間均小于200ms，滿足使用要求。

（2）持續(xù)點(diǎn)火試驗

常溫環(huán)境下，試驗樣機(jī)裝入4節(jié)全新AA南孚聚能環(huán)電池，空載時電池兩端電壓為6.451V，打開電源開關(guān)后，電池兩端電壓為6.353V。將連接模擬負(fù)載的尾翼裝入發(fā)射器尾部，模擬森林消防人員實戰(zhàn)操作，開啟電源開關(guān)，扣下扳機(jī)，觀察示波器儲能電容充電和初級線圈輸出波形，均正常，之后關(guān)閉發(fā)射器電源。重復(fù)以上動作1000次，每次監(jiān)視結(jié)果均正常。

（3）實彈飛行試驗

按照樣機(jī)狀態(tài)更換滅火彈尾翼，實彈射擊4枚，正常發(fā)射。

4.安全性設(shè)計

（1）設(shè)計中采用安全系數(shù)較高的干電池或者鎳氫電池作為電源。

（2）點(diǎn)火功能實現(xiàn)以儲能電容充電并快速釋放能量為條件。通過人為設(shè)置短路電氣連接點(diǎn)，并進(jìn)行試驗，分析結(jié)果如下，使滅火彈意外發(fā)火需要同時具備三個條件：其一，電源控制開關(guān)故障使得電池加電端子不受控，意外接通；其二，電源控制開關(guān)故障使得電容放電端子不受控，開關(guān)關(guān)閉時不能泄放電容能量；其三，點(diǎn)火開關(guān)出現(xiàn)故障的時刻在滅火彈裝入膛內(nèi)后至滅火彈發(fā)射前這一時間段。由此，進(jìn)一步保證了設(shè)計的安全性。

（3）當(dāng)儲能電容有電時，電源指示燈亮，反之，燈不亮。當(dāng)功率放大器有輸出時，測試指示燈亮，反之，燈不亮。所以電源指示燈和測試指示燈也可以指示安全狀態(tài)。

5.環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

設(shè)計盡量選用具有工業(yè)溫度范圍（-40℃-85℃）的元器件，在元器件層面保證其環(huán)境適應(yīng)性。儲能電容容量和干電池供電能力會隨溫度下降而下降，設(shè)計時選用較大儲能電容留出充足的余量保證低溫下的點(diǎn)火。

試驗結(jié)論：實際使用中的環(huán)境溫度對于電池的供電能力和器件的參數(shù)漂移有少許影響，但不影響點(diǎn)火功能的實現(xiàn)。試驗各溫度條件下點(diǎn)火的功能均正常，系統(tǒng)工作溫度滿足指標(biāo)要求。

6.電磁兼容性設(shè)計

電路布局布線充分考慮走線和接地使得電路電磁兼容性更好，同時感應(yīng)點(diǎn)火方式本身也具備一定的抗干擾能力。

樣機(jī)完成電磁兼容及靜電感度試驗。電磁兼容按照GJB151A-1997標(biāo)準(zhǔn)陸軍地面限值完成RS101、RS103。靜電感度試驗按照GB/T17626.2-2006標(biāo)準(zhǔn)等級4要求完成。

靜電感度試驗中，接觸放電電壓±8kV，空氣放電電壓±15kV。放電部位：樣機(jī)的次級線圈。放電次數(shù)：每項10次。試驗過程中點(diǎn)火頭安全未起爆。

7.結(jié)束語

試驗結(jié)論：實際使用中的電磁環(huán)境的變化和靜電的存在不會致使滅火彈意外發(fā)火；電磁環(huán)境的變化不影響系統(tǒng)的點(diǎn)火功能的實現(xiàn)。