基于滑塊繼續運動的安全狀態可恢復隔爆機構

朱 珊,李豪杰

(南京理工大學機械工程學院,江蘇南京 210094)

0 引言

現代戰爭的發展,要求減少人員傷亡甚至實現零傷亡。從某種意義上講,引信的安全系統就不應僅僅局限于避免發射周期內完成延期解除保險之前對己方人員及器材的傷害,而要確保引信以及彈藥在全壽命周期內對所有非目標對象的安全性[1]。因此,從彈藥全壽命安全角度出發,需要研究在攻擊出現異常的情況下使引信能夠由待發狀態恢復至安全狀態的實現方法,并且稱這種具有狀態逆向控制的功能為安全狀態可恢復功能。有人曾做過運動可逆式引信安全系統方面的研究,利用步進電機實現隔爆機構逆向運動,從而使引信由待發狀態恢復至安全狀態[2]。但是,從成本、體積等角度考慮,這種可逆式機構并不一定適合所有場合,為此,本文提出另一種恢復安全狀態的途徑,基于滑塊繼續運動的安全狀態可恢復隔爆機構。

1 安全和解除保險裝置及安全狀態

安全和解除保險裝置是引信的重要組成部分,它在達到延期解除保險以前,防止由于引信的原因而使彈藥主裝藥發生意外作用,而在解除保險后允許爆炸序列作用。安全和解除保險裝置保障引信的隔爆機構和內含能源平時處于保險狀態,發射(投擲、布置)后在彈道的某點上,由保險狀態向待發狀態過渡并最終進入待發狀態。由此可知,一般引信安全系統只具有由安全狀態轉換為待發狀態的單向轉換的功能,不具備由待發狀態恢復至安全狀態的功能。因此,現有引信已無法滿足我們的使用要求,需對其進行功能擴展,而引信中隔爆機構的基本運動形態主要有滑動和轉動兩種。屬于滑動的有滑塊和空間隔爆機構;屬于轉動的有垂直轉子、水平轉子和球轉子隔爆機構。鑒于滑塊式隔爆機構應用比較廣泛,在此以滑塊為例討論安全狀態可恢復過程。

2 基于滑塊繼續運動的安全狀態可恢復隔爆機構作用原理

伴隨新軍事變革的需求,一系列高價值彈藥不斷問世,有力地提升了我軍作戰能力[3]。這類高技術含量的高價值彈藥具有智能化程度高和爆轟威力大的特點,一旦發生誤傷誤炸現象,將會造成嚴重的損失。如彈藥在接近末端終點時發現目標是己方目標,但由于此時已無法改變引信的待發狀態,勢必會造成己方人員的傷亡。但由于高價值彈藥的智能化發展為引信功能的完善提供了相關可用信息,這為我們研究安全狀態可恢復功能提供了有利條件。

具有安全狀態可恢復功能的引信工作原理框圖如圖1所示。

圖1 工作原理框圖Fig.1 The working principle diagram

當彈藥攻擊出現異常時,引信接收裝置將會收到由地面指揮中心發射的特殊編碼或引信自身識別裝置可自動識別該異常情況,信號接收處理模塊對特殊編碼進行處理,得到安全狀態恢復指令。該指令控制執行機構動作,可通過釋放發火能量等方法使發火控制系統恢復至安全狀態,而從其對立面考慮,則可推動解除保險后運動到位的隔爆機構再次運動到達新的隔爆位置,從而使爆炸序列由對正狀態恢復至隔爆狀態,本文即主要利用后者來實現安全狀態可恢復功能。

3 兩種設計方案

以地面指揮中心控制的高價值彈藥為例進行方案設計,安全狀態可恢復系統主要由信號接收處理模塊和執行機構等組成。

3.1 小直徑方案

以被擊針2和電磁鎖銷7鎖住的滑塊隔爆機構為例,引信狀態圖如圖2(a)所示,此時引信處于保險狀態。發射后,擊針抬起,電磁鎖銷在指令控制作用下回縮,從而釋放雷管座。雷管座在滑塊簧4作用下左移,抵在滑塊固定銷10的端部。此時,導爆藥6上與雷管3對正下與傳爆藥5對正,爆炸序列處于對正狀態,引信處于待發狀態,引信狀態圖如圖2(b)所示。當彈藥攻擊出現異常時,引信信號接收處理模塊解譯出安全狀態恢復指令,在指令控制作用下引燃拔銷器8,拔銷器回縮從而釋放滑塊固定銷,滑塊固定銷在彈簧9作用下下移,釋放雷管座。雷管座在滑塊簧作用下再次左移,抵到引信體上。此時,雷管與導爆藥錯位,爆炸序列處于隔爆狀態,引信處于安全狀態。引信狀態圖如圖2(c)所示。

圖2 方案一原理圖Fig.2 Schematic diagram of program one

由拔銷器、彈簧、滑塊固定銷組成的安全狀態可恢復機構也可由其他指令保險機構代替。

3.2 低厚度方案

安全狀態可恢復功能的實現還可不改動原引信結構,而在雷管和導爆管之間添加一個以隔板為核心的可恢復模塊,通過可恢復模塊以阻斷該引信的傳爆序列使引信實現安全狀態可恢復功能。此可恢復模塊控制部分可以采用上述相同方法,平時可恢復模塊的中心孔與導爆藥對正以利于爆轟傳播。現以由滑塊固定銷7、拔銷器9、隔板1和彈簧3等組成的可恢復模塊為例開展討論,安裝時將隔板抵在滑塊固定銷上,解除保險過程中該模塊并不動作。當彈藥攻擊出現異常時,引信信號接收處理模塊解譯出安全狀態恢復指令,在指令控制作用下引燃拔銷器,拔銷器回縮從而釋放滑塊固定銷,滑塊固定銷在彈簧8作用下下移,釋放隔板。隔板在彈簧作用下左移,彈簧閉鎖銷4在彈簧的推動作用下插入隔板的孔內將其固定。此時,引信位于隔爆位置,再次處于安全狀態。圖3為引信解除保險后雷管2與導爆藥5對正時的狀態(此時可恢復模塊尚未作用)。

圖3 方案二原理圖Fig.3 Schematic diagram of program two

4 可行性分析

3.1 節的方案為了保證足夠的起始偏心距,對引信的徑向尺寸有一定的限制,而3.2節的方案則會增加引信的軸向尺寸,這兩種方案可分別用于軸向尺寸緊張和徑向尺寸緊張的場合。它們均是基于原引信機構實現的,在現實應用中需要考慮空間結構的干涉。

方案中的電拔銷器完全由電路驅動,且不受任何環境力的影響,在未接收到安全狀態恢復指令時不會提前動作,而整個機構亦不會提前動作,故不會影響系統其他組成部分的工作和性能[4]。

與步進電機方案相比,本文設計的以彈簧為核心的滑塊式隔爆機構具有體積小、成本低和結構簡單的優點,能較方便地對其進行移植。

此處僅提出了一個基于一般引信安全系統開展增加新功能的方案實現,在實際應用中需要依使用要求而定。

5 結論

本文提出了一種安全狀態可恢復功能的實現方法,該機構利用滑塊繼續運動來實現彈藥在攻擊出現異常的情況下使引信由待發狀態恢復至安全狀態。理論分析表明:兩種實現方案(小直徑方案、低厚度方案)具有體積小、成本低和結構簡單的優點,可分別用于軸向尺寸緊張和徑向尺寸緊張的場合,在一定條件下可行,有一定的參考價值和現實意義。

[1]李豪杰,張河.引信安全系統及其功能范疇探討[J].探測與控制學報,2006,28(5):4-7.LI Haojie,ZHANG He.Discussion on fuze safety system and Its function category[J].Journal of Detection&Control,2006,28(5):4-7.

[2]張賢彪,尚雅玲,倪保航.運動可逆式引信安全系統定位精度分析[J].探測與控制學報,2009,31(增刊):16-19.ZHANG Xianbiao,SHANG Yaling,NI Baohang.Analysis of the positioning accuracy for a reversing fuzesafety system[J].Journal of Detection&Control,2009,31(S0):16-19.

[3]張曉東,陳紅,陳愚.高價值彈藥防潮控濕包裝設計[J].包裝工程,2008,29(6):104-105.ZHANG Xiaodong,CHEN Hong,CHEN Yu.Moistureproof and control humidity packaging design for high-value Ammunition[J].Packaging Engineering,2008,29(6):104-105.

[4]李豪杰.引信環境分析、測試與迫彈引信安全系統設計研究[D].南京:南京理工大學機電工程學院,2006.