魚雷引信安全系統通用環境信息

尚雅玲,李廣超,但 波,馮 兵

(1.海軍航空工程學院,山東煙臺 264001;2.91172部隊,海南三亞 572000)

0 引言

隨著魚雷戰斗部技術的發展,對引信安全系統的性能提出了更高的要求,迫使魚雷引信安全系統由傳統的機械式向機電化、電子化方向發展,實現魚雷引信安全系統的“三化”[1-4]。

目前,大多數的魚雷引信安全系統屬于機電式安全系統,其環境信息的敏感元件與保險機構中的執行元件通常為同一個元件,模塊性差;傳統的機械敏感元件受本身固有特性的限制,很難充分利用各種環境信息。國內不同雷型的安全系統之間通用性較差,維護和操作性不強,存在一定程度的安全隱患。針對這些問題,分析魚雷引信安全系統的可用環境信息,從利用識別的角度明確其通用環境信息。

1 魚雷引信可用環境信息

魚雷可采用管裝發射、固定翼和直升機空投以及火箭助飛三種發射方式。無論采用何種發射方式,魚雷都要先脫離載體,然后入水下潛,一般經歷航行搜索、捕獲目標和跟蹤三個階段,并最終命中目標。其全彈道流程如圖1所示。

魚雷在運行過程中,引信安全系統的可用環境信息包括以下7種:

1)脫離載體信息。它是啟動魚雷的動作信息,伴隨魚雷發射而產生,其特點是環境信息不可逆,且在空投、火箭助飛或發射管發射等方式下均可產生。

2)發射過載信息。它是發射段的環境信息。魚雷發射時具有較低的后坐過載和離心過載,特點是過載幅值小且持續時間短。

3)入水信息。入水信息是魚雷彈道環境中的典型信息。魚雷在入水過程中會受到沖擊過載,且具有重復出現的特性(魚雷航行過程中意外躍出水面,造成再次入水)。魚雷進入水中環境后,彈道介質產生了變化。

4)水靜壓力信息。它伴隨著魚雷發射入水而產生,對應不同的水深產生不同的水靜壓力,是魚雷入水深度的識別信息。

5)水動壓力信息。它伴隨魚雷在水中運動產生,水動壓力信息主要與魚雷的航行速度有關。

6)螺旋槳轉動信息。它由螺旋槳轉動而產生,主要體現在尾軸轉速與航程之間的聯系。

7)目標信息。它是目標基安全系統解除保險所必需的一種信息,主要是利用制導系統獲得目標參數并進行處理后向引信安全系統發出的控制指令。

圖1 魚雷全彈道流程圖Fig.1 Flow chart of torpedo overall trajectory

2 魚雷引信通用環境信息

魚雷在不同載體、不同發射方式下,所伴隨的環境信息可分為物理信息和電指令信息。其中,脫離載體、發射過載、入水、水靜壓力、水動壓力、螺旋槳轉動信息為物理信息,目標信息為電指令信息。

環境信息與其識別方式密切相關,為了明確魚雷引信的通用環境信息,必須對其可用環境信息的識別進行分析[5-6]。

1)脫離載體信息是一種可通用的環境信息,通過使用布置在魚雷后段的尾部儀表開關來感知。該信息作用在儀表開關上,將表征發射啟動的不可逆的物理動作轉化為開關信號,引信可以利用開關信號做為全電路導通的第一個信號。

2)發射過載信息是導彈和炮彈引信中解除保險經常利用的一種環境信息,魚雷引信中較少利用。在引信安全系統的設計過程中,如需利用此信息,應充分考慮魚雷發射過載信息的特點,避免僅采用后坐環境激勵,在勤務處理中使安全系統提前啟動解除保險,造成安全隱患。

可采用復合保險的思想,發射過載信息直接作用在慣性保險機構上,慣性保險機構同時具有電磁保險的功能,并通過時間窗口電路為保險機構通電,利用電磁力使機構保持在吸合狀態,解決過載持續時間短,延期解除保險時間長的矛盾,從而保證勤務處理的安全性與發射后的可靠解除保險。同時為避免發射開始前,引信安全系統受到外界環境信息的刺激而解除保險,可適當提高慣性保險機構的工作過載和延長保險銷解除保險動作的行程。

3)入水信息也是可通用的一種環境信息,各型魚雷都有對彈道介質變化的檢測系統。它的利用可通過安裝在魚雷上的一次性水激活電池和電動機構的啟動來實現。魚雷入水后,水激活電池激活并啟動發動機,發動機工作使魚雷產生推力并帶動發電機工作,開始向引信供電。水激活電池激活后可以在放電負載條件下產生一定的電壓,引信中的控制電路可以通過對該電壓的檢測,將入水的物理信息轉化為電信息加以利用。

4)水靜壓力信息是各國魚雷引信安全系統中利用率最高的一種環境信息。它不僅具有典型的魚雷彈道環境特點,而且便于識別,通用性很強。

魚雷從入水到預定搜索深度的過程包括俯仰抑制、按一定角度下潛和拉平三個階段。水靜壓力產生的信號在不同階段的幅值、寬度和時序不同,均可由識別電路進行識別。其中幅值識別較簡單,通過壓強幅值即可判斷魚雷是否達到解除保險的預定深度。引信安全系統對水靜壓信息的識別一般多通過靜壓傳感器實現,該傳感器為靜壓開關組件,水壓通過引信殼體上的密封門作用在靜壓彈性元件上,當魚雷下潛達到預定深度時,組件內部機構運動,解除保險;同時,也可以采用另一種壓力傳感器,通過它對水靜壓力信息的識別,將此信息轉化為電信息,并把電信息引入到控制保險機構的開關電路中,實現水靜壓力信息啟動保險的功能。

5)水動壓力信息具有很強的通用性。在對其進行分析時,應把它從魚雷所有的發射條件中分離出來,作為魚雷特有的航行環境信息,在引信安全系統中建立一道獨立可靠的保險。它的利用可以通過流速傳感器對魚雷航速的檢測來實現。

魚雷航速的測量實際上是魚雷運動時雷體對感受到的海水相對流速的測量,其原理如圖2所示。

圖2 流速測量原理圖Fig.2 Basic diagram of f low velocity measure

水流通過引信殼體上的斜形槽時,分別流入槽中的靜壓管路和滯留壓管路。通過測量管路中水靜壓和滯留產生的動壓的壓差,即可獲得流速信息。

6)螺旋槳轉動信息是通用性很強的環境信息,能很好地實現定距,對它的利用可以通過魚雷螺旋槳的轉動圈數與魚雷航行距離相對應的方式來實現。

螺旋槳轉動信息是不可逆的,且尾軸轉速與航程之間的聯系較合理,作為安全距離信號較準確和可靠;可通過引信的控制電路對達到預定航行距離所需的脈沖計數進行識別。

7)目標信息主要是利用制導系統獲得目標參數并進行處理后向引信安全系統發出的控制指令。利用目標信息,引信可實現目標基解除保險的安全設計模式,是一種通用的環境信息。

實現目標信息的識別可以有兩種方法:一種是魚雷上的探測裝置直接獲取目標的物理信息(熱能、電磁場等),經過處理輸出電信號給引信安全系統;另一種是引信通過對接收目標反射的物理信息(光波、聲波等)處理后獲得。

這7種環境信息僅從其特點分析,是魚雷全彈道上必須經歷的,都具有普遍性和通用性,但結合識別方式分析,其通用性就有明顯差別。針對脫離載體、發射過載、入水信息和目標信息提出的識別方式仍存在較多困難,僅是理論層次;而水靜壓力、水動壓力和螺旋槳轉動三種信息不僅其識別方式較簡單,而且工藝也相對成熟,是魚雷引信安全系統的通用環境信息。

3 例證

作為世界上魚雷引信技術的強國,俄羅斯和美國一直都在致力于本國魚雷引信安全系統的通用環境信息研究,而且已經研制出多種利用通用環境信息的魚雷引信安全系統。

俄羅斯的T3CT-71魚雷引信,采用水靜壓力和螺旋槳轉動兩種通用環境信息,設計了以靜壓傳感器和航程機構為信息識別裝置的安全系統。

俄羅斯的53-65K3魚雷引信利用螺旋漿轉動信息,在安全系統中設計了葉輪裝置。

美國的MK46魚雷引信安全系統設計了靜水壓波紋管組件,用來感受水靜壓力信息,如圖3所示。

圖3 MK 46魚雷引信靜水壓波紋管Fig.3 Hydrostatic bellows of MK 46 torpedo fuze

美國的反魚雷魚雷項目(CCAT)中,引信安全系統通過采用流速傳感器對水動壓力信息進行識別[7-8],如圖4所示。

圖4 反魚雷魚雷引信流速傳感器Fig.4 Flow sensor of CCAT fuze

俄羅斯和美國魚雷引信安全系統在環境信息利用上的實例證明了水靜壓力、水動壓力和螺旋槳轉動信息作為通用環境信息被識別利用切實可行。

4 結論

魚雷在不同發射平臺、不同發射方式下,伴隨有多種環境信息的產生,對這些環境信息的分析,可以得出其中通用性最強的是水靜壓力、水動壓力和螺旋槳轉動信息。它們不僅能夠獨特地表明魚雷的工作狀態,在勤務處理時無法意外產生,而且易于與安全系統接口,信息識別比較簡單。通過俄、美等國的實例證明了水靜壓力、水動壓力和螺旋槳轉動信息作為通用環境信息被識別利用是切實可行的,為實現魚雷引信安全系統的“三化”,提供理論依據。

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