引信電路抗爆轟干擾的若干方法

代 斯，趙智鵬，李勇軍，王大鵬

（機(jī)電工程與控制國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西 西安 710065）

串聯(lián)戰(zhàn)斗部武器采用多級(jí)時(shí)序起爆技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的使用使得子彈藥的侵徹能力大幅提高、子彈藥毀傷效果明顯增強(qiáng)，以地面永久性工事、機(jī)場(chǎng)跑道為攻擊目標(biāo)的串聯(lián)戰(zhàn)斗部侵徹彈藥已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、火箭彈、布撒器等武器平臺(tái)。

爆轟干擾是爆炸后產(chǎn)生的強(qiáng)烈的電磁干擾，它通過空間輻射和線傳導(dǎo)兩種方式對(duì)串聯(lián)戰(zhàn)斗部引信的正常工作產(chǎn)生影響，容易使引信誤動(dòng)作，從而出現(xiàn)瞎火或早炸等異常現(xiàn)象。其中空間輻射干擾范圍有限，易于解決，引信設(shè)計(jì)中只需將不同火工品分別于獨(dú)立腔體裝配即可較好地解決這個(gè)問題；而線傳導(dǎo)干擾比較難以解決，引信設(shè)計(jì)中最常用的抑制此類干擾的方法就是火工品采用“浮地”設(shè)計(jì)，但由于串聯(lián)戰(zhàn)斗部的引信電路各部件間通常共用電源，同時(shí)為了保證子彈藥各級(jí)戰(zhàn)斗部按時(shí)序起爆，各部分電路之間也需要通信，因此單純采用傳統(tǒng)的“浮地”設(shè)計(jì)，很難解決爆轟的線傳導(dǎo)干擾。

針對(duì)串聯(lián)戰(zhàn)斗部抗爆轟干擾不允許采用浮地設(shè)計(jì)的問題，文中給出了采用二極管隔離方法以及控制器抗干擾措施等新的解決方法。

1 傳統(tǒng)方法

這可以分為兩種情況來討論，一種情況是火工品可以采用浮地設(shè)計(jì)，另一種情況是由于武器安保機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特殊或武器整體設(shè)計(jì)特殊等原因?qū)е禄鸸て凡荒懿捎酶〉卦O(shè)計(jì)[1]。現(xiàn)分別討論如下：

1.1 允許浮地設(shè)計(jì)

在這種情況下，可以用一個(gè)二極管直接把電路中火工品的地與爆轟干擾容易傳導(dǎo)進(jìn)來的地（一般是供電地或與武器外殼相通的地）隔離開來即可。這是引信設(shè)計(jì)中最普遍也最容易應(yīng)付的情況，前人的產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例和試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)充分證明了這種方法的可行性。但正如前文所述，由于串聯(lián)戰(zhàn)斗部武器的特殊性，這種方法并不適用。

1.2 不允許浮地設(shè)計(jì)

在這種情況下，傳統(tǒng)的方法是分時(shí)序供電。

比如在某型號(hào)項(xiàng)目的早期設(shè)計(jì)中就采用了這種方法。即在武器的分離段只給分離引信電路供電，在進(jìn)入武器的安全作用區(qū)再給引信的解保發(fā)火電路供電。通過這種錯(cuò)開供電的方式可以避免已作用火工品產(chǎn)生的爆轟干擾通過公共的通路對(duì)未作用的引信電路及其火工品產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致武器瞎火或早炸等異常現(xiàn)象。

這種方法雖然起到了抗爆轟干擾的作用，但從整體設(shè)計(jì)以及武器實(shí)時(shí)性的角度來看還存在很大的問題。首先，分時(shí)序供電增加了供電系統(tǒng)的復(fù)雜性以及產(chǎn)品的成本。而在武器設(shè)計(jì)中，越簡(jiǎn)單才能越可靠，復(fù)雜的設(shè)計(jì)必然降低了武器的可靠性，會(huì)帶來很多意想不到的問題；另一個(gè)方面，由于戰(zhàn)時(shí)常規(guī)武器的消耗量是非常大的，武器的成本越高，生產(chǎn)越復(fù)雜，越不利于我方的彈藥補(bǔ)充，從而使我方在戰(zhàn)爭(zhēng)中處于不利的形勢(shì)。

上述這些不利的因素促使我們?nèi)ふ以诓辉试S浮地設(shè)計(jì)的情況下更實(shí)用更通用的新方法。

2 二極管隔離方法

下面通過對(duì)串聯(lián)戰(zhàn)斗部引信的工作原理進(jìn)行分析，提出了解決爆轟線傳導(dǎo)干擾的二極管隔離方法[2]。

2.1 共用電源線抗干擾措施

由于串聯(lián)戰(zhàn)斗部引信電路各部分共用電源，極易造成在單級(jí)戰(zhàn)斗部起爆過程中，電磁干擾通過電源線進(jìn)行線傳導(dǎo)干擾。針對(duì)這種形式的干擾，引信電路中各部分電路可采用單獨(dú)電源管理以及獨(dú)立的濾波電路、瞬態(tài)電壓抑制電路等，每部分電路的邏輯地均采用二極管與電源負(fù)相連接的方法。這樣在單級(jí)起爆過程中電源正的傳導(dǎo)干擾可以通過引信各級(jí)電路獨(dú)立的瞬態(tài)電壓抑制電路、濾波電路進(jìn)行抑制；而電源負(fù)產(chǎn)生的干擾則利用增加對(duì)地二極管的方法進(jìn)行抑制。二級(jí)管的設(shè)置根據(jù)不同情況可以采用“平行狀”結(jié)構(gòu)或“階梯狀”結(jié)構(gòu)。“平行狀”結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于隔離控制電路設(shè)計(jì)中，而“階梯狀”結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于不采用隔離控制的電路設(shè)計(jì)中。

圖1 電源正級(jí)抗干擾措施Fig.1 Anti-interference measure for the positive pole of the power supply

圖2 平行狀二極管結(jié)構(gòu)Fig.2 “Parallel” configuraton of diodes

圖3 階梯狀二極管結(jié)構(gòu)Fig.3 “Laddered” configuraton of diodes

2.2 隔離控制抗干擾措施

由于串聯(lián)戰(zhàn)斗部武器的分時(shí)序起爆的要求，各級(jí)電路中需要進(jìn)行必要的通信，這就使得單級(jí)戰(zhàn)斗部起爆過程中，電磁干擾可通過信號(hào)線進(jìn)行傳遞，較好的解決方法是各級(jí)電路信號(hào)通信采用隔離的方法。常用有效的隔離方法有光電耦合器的光隔離，變壓器的磁隔離。光隔離的方法通常電路簡(jiǎn)單但速度有限，可以應(yīng)用于時(shí)序精度要求不高的電路中；變壓器隔離通常可以應(yīng)用于時(shí)序精度要求高的電路中，但其缺點(diǎn)是電路較采用光隔離方法的電路更為復(fù)雜[3]。

2.3 可控硅電路的抗干擾措施

可控硅是引信解保發(fā)火電路中常用的元件，其電路設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到引信電路的工作可靠性。引信設(shè)計(jì)中可控硅的用法一般有兩種：火工品置于可控硅陽(yáng)極或火工品置于可控硅陰極。通過分析筆者認(rèn)為在串聯(lián)戰(zhàn)斗部各級(jí)火工品完全“浮地”設(shè)計(jì)時(shí)，兩者抗干擾能力相當(dāng)。但部分串聯(lián)戰(zhàn)斗部引信由于部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因使得火工品不能完全 “浮地”的情況下，置于可控硅陽(yáng)極更有利于抑制串聯(lián)戰(zhàn)斗部單級(jí)爆轟過程中產(chǎn)生的干擾。由于各級(jí)火工品置于陽(yáng)極，各級(jí)電路均可采用共用電源線抗干擾措施，從而使得爆轟造成的電磁干擾不能通過電源線對(duì)可控硅控制極產(chǎn)生不良影響。

圖4 可控硅陽(yáng)極接法Fig.4 Anode connecting method of the controllable silicon

圖5 可控硅陰極接法Fig.5 Cathode connecting method of the controllable silicon

3 控制器抗干擾措施

線傳導(dǎo)干擾是主要的干擾源，采用二極管隔離方法能有效解決；而作為次要干擾源的空間輻射干擾，對(duì)控制器仍然存在很大影響，容易使程序跑飛，使控制器的電源波動(dòng)，干擾控制器的輸入輸出等。這里提出了一些行之有效的控制器抗干擾措施[4]。

3.1 控制器電源抗干擾措施

引信電路中常用DC-DC模塊供電，但這類電源模塊一般紋波比較大，若再疊加上爆轟干擾所產(chǎn)生的空間輻射干擾，就非常容易引起控制器電源的很大波動(dòng)，從而使得控制器復(fù)位或者程序工作不正常。針對(duì)這種情況，可采取如下措施。

一是在DC-DC模塊后加上線性穩(wěn)壓器，可有效去除紋波，如圖6所示。

圖6 控制器供電接法Fig.6 Connecting method of powering for the controller

另外可在控制器的電源正負(fù)引腳并上1 μf和0.1 μf的兩并聯(lián)電容，電容離控制器要盡可能的近，這樣抑制干擾的效果就越好。

3.2 控制器引腳抗干擾措施

控制器的引腳非常容易受到空間輻射的干擾，從而要么使得控制器程序?qū)ν獠枯斎氲淖R(shí)別產(chǎn)生錯(cuò)誤造成誤判，要么使得控制器的輸出產(chǎn)生錯(cuò)誤造成誤動(dòng)，因此必須對(duì)控制器的引腳采取措施以提升控制器的抗干擾能力[5]。

措施一是對(duì)控制器的輸入引腳或者懸空引腳采用上拉或者下拉，這種方法可避免處于高阻態(tài)的控制器引腳受到空間輻射的作用而疊加上雜波，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 下拉（左）與上拉（右）示例Fig.7 Exams of pull-down method （left）and pull-up method （right）

措施二是在控制器的關(guān)鍵引腳，如開關(guān)的識(shí)別引腳等，與地之間接上瞬態(tài)電壓抑制器，也能有效地抑制尖峰干擾。

3.3 電路板的抗干擾措施

為了有效減小電磁干擾對(duì)引信電路的影響[6-7]，在電路板設(shè)計(jì)中板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01 μF～0.1 μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的影響。要注意高頻電容的布線，連線應(yīng)靠近電源端，并盡量粗短，否則，等于增大了電容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。印刷電路板在繪制時(shí)，布線應(yīng)避免90度折線，可減少高頻噪聲發(fā)射。可控硅兩端并接RC電路，可減小可控硅產(chǎn)生的噪聲。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)項(xiàng)目的具體情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的試驗(yàn)方案來驗(yàn)證所用新方法的可行性。

為了模擬爆轟產(chǎn)生的電磁干擾，我們采用了一個(gè)量程為50 V，10 A的穩(wěn)壓電源來為引信電路供電，通過不停地開關(guān)這個(gè)穩(wěn)壓電源使得其產(chǎn)生的電磁干擾通過供電線進(jìn)入引信電路。也可以通過對(duì)武器殼體進(jìn)行靜電放電來模擬爆轟干擾通過武器殼體影響引信電路的情形。通過反復(fù)地試驗(yàn)比較，我們能得到下面的試驗(yàn)結(jié)果。

4.1 反復(fù)通斷穩(wěn)壓電源的試驗(yàn)方法

針對(duì)是串聯(lián)戰(zhàn)斗部的某一型號(hào)產(chǎn)品，現(xiàn)用反復(fù)開關(guān)穩(wěn)壓電源的方法模擬爆轟干擾來對(duì)這種產(chǎn)品進(jìn)行抗干擾試驗(yàn)。

得到的圖表如下：

4.2 靜電放電的試驗(yàn)方法

在靜電實(shí)驗(yàn)室我們對(duì)引信電路產(chǎn)品進(jìn)行了25 kV的靜電放電試驗(yàn)，得到了如下的試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)可以證明所用新方法在串聯(lián)戰(zhàn)斗部抗爆轟干擾方面的可行性。

表1 串聯(lián)戰(zhàn)斗部的試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Experimental result of the tandem warhead

表2 串聯(lián)戰(zhàn)斗部的試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental result of the tandem warhead

5 結(jié) 論

針對(duì)串聯(lián)戰(zhàn)斗部抗爆轟干擾不允許采用浮地設(shè)計(jì)的問題，文中給出了二極管隔離方法以及控制器抗干擾措施。二級(jí)管的設(shè)置根據(jù)不同情況可以采用“平行狀”結(jié)構(gòu)或“階梯狀”結(jié)構(gòu)。“平行狀”結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于隔離控制電路設(shè)計(jì)中，而 “階梯狀”結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于不采用隔離控制的電路設(shè)計(jì)中。控制器的抗干擾措施有濾波、引腳上拉或下拉以及采用瞬態(tài)電壓抑制器等。試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)表明二極管隔離方法及控制器抗干擾措施能有效抑制影響串聯(lián)戰(zhàn)斗部正常工作的爆轟干擾。

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