小型火箭爆破器新引信環(huán)境激勵選取與安全性設(shè)計分析

程洪濤 劉昭謙 樸成文

摘 要：現(xiàn)役的小型火箭爆破器引信采用的制動銷保險與火藥延期傳爆相結(jié)合的安全傳爆機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單使用可靠，但保險機構(gòu)沒有獨立雙環(huán)境約束，當保險解除后，傳爆序列對正，沒有遠解功能，不能滿足引信通用安全性設(shè)計準則要求。新的小型火箭爆破器引信設(shè)計中，采用原型主要接口尺寸和主要技術(shù)技術(shù)指標，針對安全性問題，對發(fā)射環(huán)境激勵進行綜合分析，采用機電技術(shù)和雙環(huán)境力安全性結(jié)構(gòu)，有效解決了小尺寸引信低環(huán)境激勵響應的安全性設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：引信;安全機構(gòu);獨立雙環(huán)境;環(huán)境激勵

中圖分類號：TJ431.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0244-02

0引言

小型火箭爆破器使用過程產(chǎn)生的環(huán)境激勵效應小，發(fā)射時只有戰(zhàn)斗部擺動產(chǎn)生的軸向拉力和由拉力產(chǎn)生的慣性過載，早期的引信設(shè)計局限于技術(shù)、尺寸與結(jié)構(gòu)、成本等因素，利用了拉力作為外部環(huán)境激勵的一個因子，其它環(huán)境激勵不宜在簡單的小尺寸結(jié)構(gòu)中利用?；鹚幯悠诘膫骰饌鞅瑱C構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、價格便宜，多在手工操作的爆破器、手榴彈等彈藥中應用。隨著引信安全性設(shè)計準則要求的提高，機電技術(shù)的應用和相關(guān)成本的下降，小尺寸的火箭爆破器引信安全機構(gòu)雙環(huán)境力設(shè)計和延期遠解要求在新的技術(shù)設(shè)計中成為必然。以下內(nèi)容介紹某小型號火箭爆破器新引信環(huán)境激勵選用原則的和雙環(huán)境安全機構(gòu)設(shè)計分析。

1環(huán)境激勵分析與利用

1.1環(huán)境激勵分析

小型火箭爆破器引信生命周期內(nèi)所受的外部環(huán)境激勵在勤務處理、發(fā)射、彈道飛行、落地時段分析如下：

1.1.1勤務處理引信受力分析

（1）運輸：引信在木箱中的包裝筒內(nèi)，受運輸振動影響，最大過載不大于300g。

（2）裝卸：引信在木箱中的包裝筒內(nèi)，3m高失手落下對引信內(nèi)部運動零件過載不大于500g。

（3）發(fā)射前：從包裝筒取引信時失手落下，1.5m落高，內(nèi)部運動件過載不大于500g，外部可分離件的擠壓、碰撞不會分離解脫。發(fā)射前，引信與戰(zhàn)斗部尾部連接件螺紋相接，取下勤務過程保護帽，引信拉繩與控制繩上拉繩連接，此時，發(fā)射車運動顛簸產(chǎn)生過載不大于50g。

1.1.2發(fā)射時引信受力分析

發(fā)射時，戰(zhàn)斗部連接件拉引信向前運動，部分控制繩的慣性過載通過拉繩作用于引信拉蓋，產(chǎn)生不小于某定值的拉力，引信內(nèi)部的運動件承載一定的慣性過載，受力方向向后。引信在平時及勤務處理過程中，轉(zhuǎn)子受兩個保險件（延期解除保險機構(gòu)的擊針和后坐保險機構(gòu)的故障卡子）約束， 實現(xiàn)雙環(huán)境力保險，使隔離機構(gòu)處在隔離位置。

發(fā)射時后坐力消失，彈道簧推動延期解除保險機構(gòu)克服迎面空氣壓力，恢復至裝配狀態(tài)。此時氣流從整流罩中心孔進入，從整流罩的側(cè)孔流出，推動渦輪高速旋轉(zhuǎn)。渦輪通過擊針帶動傳動筒上的上齒輪片轉(zhuǎn)動，上齒輪片通過中間過渡軸齒帶動下齒輪片和螺母同向回轉(zhuǎn)。由于上齒輪片與下齒輪片及上齒軸與下齒軸存在齒數(shù)差，使得擊針以相對緩慢的速度上行，實現(xiàn)15m延期保險。在彈丸飛離槍口35m以前，擊針釋放轉(zhuǎn)子，解除了對轉(zhuǎn)子的另一道保險，此時。轉(zhuǎn)子在扭簧驅(qū)動下，迅速轉(zhuǎn)正到位，引信處于待發(fā)狀態(tài)。彈道簧克服空氣壓力，保證彈道飛行安全[1]。

引信頭部觸目標時，目標的反作用力使延期解除保險機構(gòu)壓縮彈道簧下行，擊針戳擊雷管，實現(xiàn)引信的瞬發(fā)發(fā)火從而引爆彈丸。對卵石地面等特種目標射擊時，若引信頭部不接觸目標，此時彈丸減速，隔離機構(gòu)在前沖慣性力作用下，克服彈道簧抗力前沖，雷管撞擊擊針使引信發(fā)火。

1.1.3彈道飛行引信受力分析

引信與戰(zhàn)斗部聯(lián)動飛行過程中，戰(zhàn)斗部的彈性伸張與無規(guī)則擺動使引信產(chǎn)生間歇性的向后過載，在控制繩展直過程中，這種力由拉發(fā)時增加到最大，展直時減到最小。

1.1.4火箭、戰(zhàn)斗部落地時引信受力分析

火箭、戰(zhàn)斗部落地，控制繩展到最長，其產(chǎn)生的拉力增加到最大，受控制繩拉力影響，戰(zhàn)斗部受向后的拉力使其展直，引信在戰(zhàn)斗部回位展直擾動的影響產(chǎn)生脈沖式過載，并很快過載消失。

1.2環(huán)境激勵利用

1.2.1第一保險環(huán)境力選取

發(fā)射戰(zhàn)斗部與控制繩對引信產(chǎn)生的作用力是爆破器使用過程的最大環(huán)境力，而且直接作用在引信使用時的外部零件上，選取拉力成為第一選擇。第一保險不能作為引信的主要保險，安全隔離機構(gòu)還需要處于安全位置。

1.2.2第二保險環(huán)境力選取

確定第一保險環(huán)境力選擇后，根據(jù)發(fā)射至落地過程作用在引信上的力學分析，取拉發(fā)力作為第二保險的能源啟動力，經(jīng)過對發(fā)射過程不可逆轉(zhuǎn)后出現(xiàn)的彈道與落地環(huán)境受力分析，取彈道與落地外部對引信的環(huán)境激勵作為引信解保信息，實現(xiàn)對引信安全件的隔離解保，達到主保險目的。簡化了引信結(jié)構(gòu)，并且使引信在整個安全距離內(nèi)維持有較高的隔爆度水平。由于延期解除保險的時間由延時電路控制，因此該引信的炮口保險距離可通過改變電路原理圖中R1、R2、R3及C2的參數(shù)來進行調(diào)整，調(diào)整方便、簡單，并可實現(xiàn)延期時間的100%檢測[2]。

2安全控制原理與作用時序

2.1安全控制原理

安全控制原理見圖1。

安全隔離機構(gòu)分別受拉蓋制動銷和電制動器限制，處于隔離位置保證引信使用前和發(fā)射時的安全特性要求拉蓋制動銷的動作源于發(fā)射時戰(zhàn)斗部與拉繩產(chǎn)生的拉力。

拔銷器受制于控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的電源啟動部件受制于戰(zhàn)斗部與拉繩產(chǎn)生的拉力，啟動后才能產(chǎn)生能源并向控制系統(tǒng)等電路傳輸電能。當控制系統(tǒng)感知發(fā)射后環(huán)境激勵的時間窗信號后，在規(guī)定的時間內(nèi)輸出解鎖信號才能讓電制動器工作?？刂葡到y(tǒng)受雙環(huán)境力的影響，射后環(huán)境激勵是不可逆的環(huán)境信息，是獨立于發(fā)射拉力的另一個環(huán)境力。

以上原理表明，安全隔離機構(gòu)處于兩個獨立環(huán)境力控制之中，通過時間窗信息判定及電子延時達到遠距離解除保險功能要求。

2.2引信作用時序

結(jié)合引信安全控制原理，設(shè)計引信邏輯時序，作用時序見圖2。

通過引信作用時序流程圖，安全件滑塊受兩個制動銷約束，一個是拉發(fā)制動銷，另一個是撥銷器的制動銷，引信的安全控制見2.1節(jié)所述，控制電路感知彈道與落地環(huán)境力信號后才能在x秒時間解除對滑塊的限制。只有滑塊對正后，在y秒時，發(fā)火機構(gòu)才能使針刺雷管作用。

根據(jù)引信邏輯時序分析，引信的安全性與作用過程符合引信通用設(shè)計準則要求。

3安全性設(shè)計分析

3.1勤務處理安全性分析

勤務處理中，運輸振動、裝卸失手落下、引信取用安裝時失手落下等均產(chǎn)生一定的環(huán)境應力作用于引信外部和內(nèi)部運動零件。

3.2平時安全性

考慮到平時安全，引信設(shè)計有保護帽，保護帽限制了引信拉蓋與制動銷的位移，外力不會使引信運動零件產(chǎn)生位移，保證了平時的安全性要求。

3.3發(fā)射前安全性

此時引信已與戰(zhàn)斗部相連，發(fā)射車運動的振動作用于戰(zhàn)斗部與引信因戰(zhàn)斗部的柔性而產(chǎn)生的過載不大于50g，引信拉發(fā)機構(gòu)的最小拉力使其上的運動件需要300g以上的過載且過載力處于引信軸向背離拉蓋方向。因此，引信發(fā)射前滿足安全性要求。

3.4發(fā)射時安全性分析

發(fā)射時，爆破器與控制繩上拉繩作用于引信拉蓋，制動銷通過拉蓋從引信中被拉出，解除對滑塊的第一道保險，此時拔銷器制動銷仍然限制滑塊運動，保證了發(fā)射時的安全性要求。

該保險機構(gòu)解除具有一定的特殊性，只有在發(fā)射環(huán)境中才能獲得，平時勤務處理無法產(chǎn)生相似的應力，因此具有很高的安全性。在引信中該保險機構(gòu)需與后坐保險機構(gòu)一起構(gòu)成雙環(huán)境力保險，完全可以滿足引信安全性的要求。并且該保險機構(gòu)完全密閉在引信內(nèi)部，不需要包裝引信就可實現(xiàn)自身密封，可有效改善引信的勤務性能，這在單兵攜行武器中尤為重要，可有效提高武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗效能。

該保險機構(gòu)是一個機電相合的機構(gòu)，實現(xiàn)機械能—電能—機械能的轉(zhuǎn)換。它利用彈丸高速運動產(chǎn)生的動能壓壓電陶瓷Y1，產(chǎn)生電能，貯存在電容C1中，通過開關(guān)S1向RC延時電路輸出信號，延期一段時間后（彈丸已運動至保險距離之外），輸出電信號起動電作動器，解除對隔離機構(gòu)的保險，引信處于待發(fā)狀態(tài)。因此，該保險機構(gòu)與延時電路相聯(lián)后，具有了延期解除保險功能。

3.5彈道安全性分析

彈道上，控制電路感知彈道震蕩信號，因時間窗未到，不能輸出拔銷器點火信號，拔銷器制動銷還在限制滑塊運動，保證了彈道的安全性要求。

3.6特殊情況安全性分析

待發(fā)的車輛在行進中傾覆并產(chǎn)生意外拉發(fā)使引信第一道保險解除，引信電源啟動，控制系統(tǒng)工作，傾覆后的戰(zhàn)斗部等可能震動撞擊使引信產(chǎn)生過載激勵。這時，通過引信的彈道激勵特征比較器區(qū)分并消除不同于發(fā)射后的彈道特征信號，使拔銷器限制滑塊運動，保證特殊意外情況下的安全性要求。

4結(jié)論

以上安全性設(shè)計分析表明，小型火箭爆破器新引信安全隔離機構(gòu)設(shè)計原理與引信作用邏輯時序滿足戰(zhàn)場特殊環(huán)境使用安全性要求，也滿足引信通用安全性設(shè)計準則要求。

參考文獻

[1] 高敏忠.載人航天發(fā)射場系統(tǒng)（加注供氣系統(tǒng)）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[2] 劉鵬.單兵火箭云爆彈彈道環(huán)境與引信動態(tài)特性研究[D].南京：南京理工大學，2016.