具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器

王海龍，姚文

(西安機電信息技術研究所，西安 710065)

0 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，具備高速大機動能力的彈道導彈、巡航導彈等武器威力越來越大，飛行距離越來越遠，發(fā)射后的武器，在攻擊目標出現(xiàn)異常的情況下或引信發(fā)火模塊未按預定條件工作時，可能會發(fā)生誤傷誤炸等附帶損傷，例如在伊拉克戰(zhàn)爭中，英軍“旋風”戰(zhàn)斗機遭到了美軍“愛國者”導彈的攔截，造成機毀人亡，隨后，美軍F-16戰(zhàn)斗機在執(zhí)行任務時又誤炸自己的“愛國者”導彈營陣地。為了避免在彈藥攻擊出現(xiàn)異常的情況下，例如發(fā)現(xiàn)被攻擊目標是錯誤目標或目標已消失而需要撤銷攻擊任務時，或是由于引信發(fā)火控制系統(tǒng)未按預定條件工作而出現(xiàn)啞彈時，已進入待發(fā)狀態(tài)的引信處于“失控”狀態(tài)對目標及其他無關物體造成的不必要傷害[1]，安全狀態(tài)可恢復功能[2-3]就成為保障引信或安全系統(tǒng)的必需要求。電磁拔銷器可利用得失電原理實現(xiàn)引信的安全狀態(tài)可恢復功能[4]，不通電時，滑塊隔爆機構被電磁拔銷器鎖住于隔離位置，滑塊不能移動,引信處于安全和隔離狀態(tài)；發(fā)射后，在預定的時間點，電磁拔銷器通電，保險銷吸合滑塊，滑塊在滑塊彈簧作用下按照導向移動，抵在滑塊固定銷的端部，此時，爆炸序列處于對正狀態(tài)，引信處于待發(fā)狀態(tài)；當彈藥攻擊異常時，引信指令接收處理模塊解譯出狀態(tài)恢復指令，電磁拔銷器斷電，滑塊固定銷縮回，滑塊繼續(xù)在滑塊彈簧的作用下移動,當滑塊運動到位時，已斷電的保險銷在彈簧作用下插入滑塊孔內(nèi)將其固定，引信再次處于安全狀態(tài)。要想獲得電磁拔銷器已完成解保程序或已恢復安全狀態(tài)的信息，只能通過復雜的引信信號采集電路，從而增加了電路設計難度和成本。目前國內(nèi)對引信用電磁拔銷器的研究，僅限于對影響電磁拔銷器電磁力的影響因素和性能特點的分析[5]，另外,國內(nèi)外對電磁拔銷器結構、功能等電磁執(zhí)行機構的報道，主要采用仿真、試驗等方法對執(zhí)行力、響應時間[6-9]等方面進行研究，研究內(nèi)容都未涉及電磁拔銷器的狀態(tài)識別。

為了使引信或安保機構能夠簡便地通過外部供電電路和判斷電路進行引信電磁保險的安全狀態(tài)判別，獲得已完成解保程序或已恢復安全狀態(tài)的信息，本文提出具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器，介紹其組成、工作原理，并進行響應時間試驗。

1 引信用電磁拔銷器

1.1 引信用電磁拔銷器組成

電磁拔銷器主要由保險銷、墊片、彈簧、激磁線圈、檔鐵、線圈骨架、接線板、外殼等組成。電磁拔銷器外形為圓柱形結構,線圈骨架和墊片等采用非導磁的塑料材料, 擋鐵、保險銷和外殼采用電工純鐵材料,其結構示意圖如圖1所示[5]。

圖1 電磁拔銷器結構示意圖

1.2 引信用電磁拔銷器工作原理

在初始狀態(tài)下，激勵線圈沒有電流流過，不產(chǎn)生電磁力，保險銷在彈簧的作用下伸出外殼，保持在初始位置，保險銷處于鎖定狀態(tài)。電路通電后，線圈有電流流過，激勵線圈產(chǎn)生電磁力吸附保險銷，使其克服彈簧的抗力向上運動，直至與擋鐵結合，保險銷處于解鎖狀態(tài)。電路斷電后，激勵線圈產(chǎn)生的電磁力消失，保險銷在彈簧力的作用下向下運動，直至與墊片結合，電磁拔銷器恢復初始鎖定狀態(tài)。

該引信用電磁拔銷器雖然也能實現(xiàn)無損檢測，但是不能通過引信信號采集電路實時獲得電磁拔銷器啟動解保程序的過程信息，不利于對引信安保機構控制流程的優(yōu)化設計。

2 具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器

2.1 具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器組成

具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器由信號輸出部件、銜鐵、激勵線圈、觸發(fā)部件、動鐵芯、電源線等組成。信號輸出部件由信號線、接電探針、外殼組成，激勵線圈由骨架、漆包線組成，觸發(fā)部件由推桿、彈簧、蓋板組成。具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器結構圖如圖2所示。

圖2 具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器結構圖

2.2 具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器工作原理

該電磁拔銷器在非工作條件下，動鐵芯受觸發(fā)部件中彈簧的預壓力作用，下端的保險銷伸出外筒，用于鎖住安保結構的滑塊或轉子，電磁拔銷器處于鎖定狀態(tài)；同時信號輸出部件中的兩個接電觸點間斷開，信號線無輸出電流信號，如圖3(a)所示。

在電源線兩端加載額定電壓后，該電磁拔銷器進入工作狀態(tài)，激勵線圈產(chǎn)生電磁場，并在銜鐵、外筒、動鐵芯間及銜鐵、動鐵芯間的氣隙形成封閉磁路，在銜鐵和動鐵芯間產(chǎn)生吸力使動鐵芯克服彈簧的抗力向銜鐵方向運動，同時動鐵芯運動也帶動觸發(fā)部件中的推桿向上運動，運動工作狀態(tài)示意圖如圖3(b)所示。

當動鐵芯繼續(xù)運動，其下端全部運動到骨架內(nèi)部時，安保結構的滑塊或轉子的鎖定解除，接電推桿與信號輸出部件中的兩個接電點接觸，信號線接通，產(chǎn)生輸出電流信號，吸合狀態(tài)示意圖如圖3(c)所示。

當彈藥攻擊異常時，引信指令接收處理模塊解譯出狀態(tài)恢復指令，電磁拔銷器斷電，激勵線圈產(chǎn)生的磁場消失，觸發(fā)部件中的推桿和動鐵芯在彈簧抗力的作用下向下運動，由于此時滑塊繼續(xù)在滑塊彈簧的作用下移動,還未運動到初始位置，所以電流信號一直持續(xù)，安全狀態(tài)還未完全恢復；當滑塊運動到初始位置時，引信再次處于安全狀態(tài)，滑塊孔和保險銷對正，保險銷插入滑塊孔內(nèi)將其固定，同時接電推桿與信號輸出部件中的兩個接電探針的脫離接觸，信號線重新斷開，無輸出電流信號，如圖3(a)所示。

(a) 初始狀態(tài)

(b) 運動狀態(tài)

(c) 吸合狀態(tài)

3 電磁拔銷器響應時間試驗

依據(jù)上述對具有狀態(tài)識別特征的引信用電磁拔銷器的設計，對原理樣機進行了試驗測試。

測試時，在信號線兩端加載5 V恒定電壓，電源線兩端加載18～32 V可調(diào)電壓。為了方便測量，采用示波器分別對激勵線圈加載電壓和信號線兩端電壓進行捕捉，并根據(jù)兩個電壓信號之間的間隔計算出電磁拔銷器的響應時間。由于信號線接通后信號測試端電阻只有0.1 Ω，所以在電路中增加電阻預防電流過大造成的儀器損壞，具體的輸出信號測試方法如圖4所示。

圖4 輸出信號測試方法

用示波器捕捉的電磁拔銷器輸出信號如圖5所示，可以看出：當信號線斷開無信號輸出時，信號線兩端電壓最大，約為5 V；當電源線兩端加載電壓時，信號線接通有信號輸出時，信號線兩端電壓最小，幾乎為0；在一分鐘內(nèi)進行20余次反復電壓加載試驗，電磁拔銷器工作狀態(tài)穩(wěn)定，信號輸出可靠。

圖5 輸出信號

電磁拔銷器響應時間是指從加載電壓起到輸出信號止的時間間隔，可以通過用示波器捕捉通道1電壓突變信號(電源線兩端加載電壓)與通道2電壓突變信號(信號線兩端電壓)之間的時間間隔來獲取，如圖6所示，可以看出：當電源線兩端加載電壓為30 V時，電磁拔銷器響應時間為3.26 ms。電磁拔銷器響應時間隨加載電壓變化曲線如圖7所示，可以看出：當加載電壓小于24 V時，電磁拔銷器的響應時間隨加載電壓增加呈線性減小；當加載電壓大于28 V時，電磁拔銷器的響應時間隨著加載電壓增加呈曲線減小，最小響應時間為3 ms。這是因為：加載電壓越大，激勵線圈中的電流越大，產(chǎn)生的電磁力也越大，動鐵芯運動越快，電磁拔銷器輸出電流信號的響應時間也就越短；當加載電壓增加到一定值后，此時由于磁路中磁感應強度已趨于飽和，電磁力已接近最大值，所以電壓增加對電磁拔銷器響應時間的影響就不再明顯。

圖6 響應時間測試圖

圖7 響應時間隨電壓變化曲線

3 結 論

(1) 對電磁拔銷器在一分鐘內(nèi)進行20余次反復電壓加載，試驗表明：電磁拔銷器工作狀態(tài)穩(wěn)定，信號輸出可靠。

(2) 當加載電壓小于24 V時，電磁拔銷器的響應時間隨加載電壓增加呈線性減?。划敿虞d電壓大于28 V時，電磁拔銷器的響應時間隨加載電壓增加呈曲線減小，最小響應時間為3 ms。

(3) 下一步將進一步提高電磁拔銷器的執(zhí)行力、減小體積，爭取作為高價值彈藥火工品拔銷器的替代品，滿足高價值彈藥可檢測、可恢復的安全性和可靠性要求。