解除保險即起爆的炮口保險距離測試方法

齊曉紅

(西安機電信息研究所,陜西西安 710065)

0 引言

炮口保險距離和可靠解除保險距離這兩項指標是衡量引信安全性和可靠性的重要指標[1],對于觸發引信,GJB573A-98方法402給出了炮彈引信解除保險距離試驗測試方法[2],目前一般采用碰靶考核方法來進行。而對無觸發機構引信,一般采用遙測或其他方法來測試[3-4]。由于遙測設備所需空間比引信的電子機芯(尤其是小口徑引信)要大,且所需電源功率也較大,通常需要對引信進行改裝設計,對于一些體積較小的引信來說,甚至要對戰斗部進行改裝才能實現測試,并且需要遙測專業人員來測試,因此所需的成本大,周期相對較長。為此提出解除保險即起爆的延期解除保險距離測試方法。

1 測試原理

測試引信炮口保險距離的目的是測試引信解除保險時彈丸距離炮口的距離,通常要求該距離大于引信的炮口保險距離(保險距離下限)小于等于引信的解除保險距離(保險距離上限),為了能像觸發引信一樣直觀地顯示引信的解保情況,在不影響隔爆機構解保時序和解保作用的前提下,對引信的隔爆機構進行改裝設計(采用遙測和其他方法測試時也需要進行隔爆機構改裝工作),在隔爆機構內加裝一個開關,該開關能準確反映引信的保險解脫狀態。當隔爆機構沒有完全解除保險時,開關開路;當隔爆機構完全解除保險時(隔離盤轉正),開關閉合。也可將開關狀態與保險解脫狀態反過來對應,主要是根據不同的隔爆機構的結構特點來定。低功耗發火控制電路以隔爆機構中加裝的開關作為觸發開關,控制彈丸起爆,采用測距雷達或高速錄像設備,測試炸點到炮口的距離。測試原理框圖見圖1,隔爆機構內部加裝的開關敏感到引信解除保險時,將發送解保信號給低功耗發火控制電路,控制彈丸起爆。測試方案見圖2,用測距雷達和高速錄像機測量出彈丸起爆點到炮口的距離,既解除保險距離。考慮到試驗的安全性,試驗時戰斗部裝藥改為指示藥劑,若為子母戰斗部,所裝子彈為配重子彈。

圖1 測試原理框圖Fig.1 Test concept block

圖2 測試方案示意圖Fig.2 Test scheme pictorial

2 低功耗發火控制電路原理

低功耗發火控制電路的特點是功耗低、體積小,僅需發射前對其內部儲能電容進行充電,即可工作,而不需要引信提供電源,僅占引信電子機芯的空間就夠了,不需要改變引信總體結構和質心,操作起來簡單。低功耗發火控制電路圖如圖3所示。電路采用CMOS電路作為控制芯片,功耗低,充電后工作時間可達100 s以上,滿足一般引信解保距離所需時間的要求。其工作原理是發射前用裝定器(或穩壓電源)對發火控制電路的引出端進行5 s充電,充電電壓的高低可根據原引信的執行級電路所要求的電壓高低而定,一般在6～18 V之間,能夠滿足常規引信的執行級電路的能量需求。C為儲能電容,作為發火控制電路和引信執行級電路的電源,R2、C2為觸發器的清零電路,C1為去擾電容。K為能夠反映隔爆機構解保狀態的短路開關,未解保時開關開路,保險完全解除時開關閉合。當開關K閉合時,觸發器會輸出高電平驅動引信執行級電路輸出點火信號給傳火(傳爆)序列的首發火工品,起爆彈丸,顯示隔爆機構已經解除保險。

圖3 低功耗發火控制電路圖Fig.3 Low power firing control circuit diagram

低功耗發火控制電路所采用的元器件除儲能電容外,均為表貼器件,所占空間很小,可與引信執行級電路一起灌封在引信的電子機芯內,無需改變引信內部結構設計。即使是在口徑很小的引信上應用,由于該電路不需要彈上電源,儲能電容只需占用引信的電源空間就可以了。如果對電路輸入口進行擴展設計,甚至可以應用到感應裝定的引信上。

3 測試數據處理

任何測試總不可避免存在誤差,此誤差具有隨機性,并且符合一定的統計規律,實踐證明,只要能進行充分的、大量的、足夠精確的試驗和觀察,所遇到的隨機變量的分布大多趨于正態分布[5],因此測試引信解保距離的測試數據也應符合正態分布。

測試引信解除保險距離試驗屬外場試驗,相對于實驗室試驗其試驗耗費較大,因此試驗樣本有限,需根據有限試驗樣本數據來分析推斷引信解除保險距離所在的區間,并與引信的保險距離和可靠解除保險距離指標相比較,判別指標的滿足情況。

假設試驗樣本量為n,所測得的解保距離數據為 x1、x2,…,xn,則:

由貝塞爾公式可知標準差計算公式[4]如下:

在工程技術中,特別是在測量技術中,一般取極差Δ=3σ,此時所對應的置信概率為99.73%,也就是說測量值99.73%落在(x-3σ,x+3σ)區間范圍內,其中x為測試真值,由于真值無法獲得,一般以ˉx來代替[4]。通過比較(ˉx-3σ,ˉx+3σ)與引信的保險距離和解保距離的指標范圍,推斷出引信的保險距離和解保距離是否滿足指標要求,達到考核引信的目的。

4 驗證試驗

在一電子時間引信采用上述方法進行了保險與解除保險距離試驗。圖4、圖5為隔爆機構改裝示意圖,圖中取解除保險信號的導電環,相當于一開關,在未完全解保時,該導電環與隔離盤不導通,如圖4所示。當保險解除隔離盤轉正時,該導電環與隔離盤導通,如圖5所示。

發射前,采用裝定器(也可用穩壓電源)給低功耗發火控制電路充電5 s,充電電壓為8 V,然后發射,并采用雷達及高速錄像測試彈丸開艙點到炮口的距離。測試數據見表1。

圖4 處于保險位置隔離盤示意圖Fig.4 Interrupter device-safe position

圖5 處于解保位置隔離盤示意圖Fig.5 Interrupter device-arming position t

表1 引信解除保險距離測試結果Tab.1 Test results of arming distance

根據式(1)—式(3)計算得:

由此可以推算出99.73%測試數據在(138.91 m,342.75 m)范圍內,而本引信技術指標為保險距離為大于等于100 m,可靠解除保險距離為小于等于350 m,由此可以推斷出本引信的隔爆機構的保險距離和解除保險距離設計滿足指標要求。

5 結論

采用解除保險即起爆的延期解除保險距離測試方法,與其他方法相比,具有引信結構改動小,節省試驗費用,操作簡單等特點。所需外部測試設備均為目前靶場測試的通用設備,適用于有裝定接口的無觸發機構引信。驗證試驗表明該方法直觀可行,為無觸發機構引信測試炮口保險距離提供了一種可供參考的新途徑。

[1]GJB/Z135-2002引信工程設計手冊[S].北京:總裝備部軍標出版發行部,2002.

[2]GJB573A-98引信環境與性能試驗方法[S].北京:總裝備部軍標出版發行部,1998.

[3]吳曉穎,張萬君,杜恩祥,等.基于電磁感應的線圈靶引信保險距離試驗方法[J].探測與控制學報,2009,31(3):31-34.WU Xiaoying,ZHANG Wanjun,DU Enxiang,et al.Fuze safety distance testing method based on electromagnetic induction of coil target[J].Journal of Detection&Control,2009,31(3):31-34.

[4]李豪杰,張河.迫彈出炮口信號檢測及其在引信中的應用[J].探測與控制學報,2004,26(4):5-8.LI Haojie,ZHANG He.The measurement of muzzle-exit signals of mortar projectile and its application in fuze[J].Journal of Detection&Control,2004,26(4):5-8.

[5]彭長清.誤差與回歸[M].北京:兵器工業出版社,1991.