空空導彈引信觸發開關地面振動響應對比分析

孫　慧， 劉勇濤

(中國空空導彈研究院， 河南 洛陽　471009)

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空空導彈引信觸發開關地面振動響應對比分析

孫慧， 劉勇濤

(中國空空導彈研究院， 河南 洛陽471009)

振動環境是空空導彈所經歷的最嚴酷的環境之一,將直接影響空空導彈的結構完整性和工作性能。觸發開關作為空空導彈直接碰撞目標時的敏感發火裝置,其在各個振動環境下的響應直接關系到全彈性能及彈道安全性。為優化引信結構,降低早炸發生概率,本文對三種不同類型空空導彈引信觸發開關地面振動響應進行了對比分析,同時結合有限元仿真計算,提出了較為有利的觸發開關安裝位置。

空空導彈;振動環境;觸發開關;振動響應;有限元仿真;結構優化

0　引　　言

在實戰中， 空空導彈一旦掛載在載機上便接近壽命終點， 其在掛飛、 自由飛等工作階段無法維修， 屬于一次性使用的成敗性產品， 因此必須保證空空導彈具有足夠的環境承受能力[1]。 空空導彈在空中直接碰擊目標時， 觸發引信的關鍵動作部件觸發開關感受到因碰撞產生的前沖慣性力， 其片簧脫離印制板從而輸出點火信號， 可靠起爆戰斗部， 完成敏感發火使命[2]。 所以， 觸發開關在各振動環境下的響應直接關系到全彈性能及彈道安全性[3]。

近年來， 導彈導引和控制系統技術水平的不斷提升， 使得導彈直接撞擊目標的概率大大增加， 觸發引信的地位也得到了很大程度的提升， 其重要性不言而喻[4-7]。 如何確保空空導彈觸發開關處振動響應處于低量級， 最大程度減少觸發開關觸頭與印制板之間的磨損， 保障彈道安全性已成為引信結構設計中的重要環節[7]。

為避免由觸發開關引發的引信執行級誤動作現象[8]， 有效降低早炸發生概率， 保障彈道安全性。 本文對多型空空導彈引信觸發開關地面振動響應進行對比分析， 同時結合仿真數據， 確定較為有利的觸發開關安裝位置。

1　觸發開關振動環境

1.1觸發開關原理

某空空導彈用觸發開關主要包括夾板、 片簧、 觸頭和印制板。 片簧一端固定在印制板上， 另一端鉚接觸頭， 并通過預應力使觸頭可靠接觸在印制板上， 保證接觸電路導通。 觸發開關結構如圖1所示，X向為彈軸正向。

圖1觸發開關結構圖

觸發開關觸頭可靠接觸在印制板上， 使觸發電路處于導通狀態； 當彈目碰撞時， 足夠大的前沖慣性力使觸頭克服彈力， 沿X軸正向運動， 觸發開關打開， 觸發電路斷開， 引爆信號輸出[2]。 觸發開關電路原理圖如圖2所示。

圖2觸發開關電路原理圖

1.2振動環境

與全彈相同， 觸發開關組件裝入全彈后， 在壽命周期內經歷多項振動環境， 主要包括運輸、 掛飛和自由飛振動[1]， 如圖3所示。

導彈完成交付試驗后， 需要經過公路、 鐵路、 水路、 航空等各種運輸方式運至倉庫、 停機坪甚至是作戰現場。 空空導彈由載機攜帶的過程中所感受到振動稱為掛飛振動， 振動時間長且強度較大。 導彈一經發射， 其在空中自由飛行過程中所感受到的振動稱為自由飛振動， 大多由氣動擾流、 發動機噪聲及導彈工作引起。

圖3空空導彈經歷的主要振動環境

由于空空導彈觸發引信在自由飛階段才加電， 在運輸和掛飛階段均不加電， 因此觸發開關在運輸和掛飛振動過程中誤動作不會引起執行級誤動作， 所以本文只針對觸發開關在導彈自由飛振動環境下的響應進行對比分析。

2　振動試驗

由于空空導彈在空中的振動響應數據難以獲得， 所以在地面引信艙段級進行自由飛環境適應性試驗。

2.1試驗方法

利用空空導彈真實引信， 拆下觸發開關， 在不改變其他結構情況下， 在觸發開關安裝位置處或附近粘接測振傳感器。 傳感器質量與開關質量接近， 以確保測試結果的真實性。 粘接振動臺控制傳感器、 夾具控制傳感器， 并通過BNC三通， 將傳感器接至動態信號分析儀， 并設置合適的傳感器類型和靈敏度[9-11]。 自由飛振動譜型如圖4所示。

圖4自由飛振動譜

2.2安裝位置對比

觸發開關安裝位置示意圖見圖5～7。 1型和2型空空導彈引信觸發開關均安裝在引信骨架上， 3型觸發開關安裝在電路盒平面上。

2.3振動數據對比

1型、 2型、 3型空空導彈引信觸發開關地面自由飛振動試驗振動量級均取0.5， 引信觸發開關安裝位置處振動響應曲線如見圖8～10， 均方根值(RMS)對比見表1。

圖5 1型空空導彈觸發開關安裝位置示意圖圖6 2型空空導彈觸發開關安裝位置示意圖圖7 3型空空導彈觸發開關安裝位置示意圖

圖8 1型空空導彈觸發開關安裝位置處振動響應曲線

圖9　2型空空導彈觸發開關安裝位置處振動響應曲線

2.4振動數據分析

從表1可以看出， 在振動譜型、 振動量級、 振動方向都相同的情況下， 3型空空導彈引信觸發開關振動響應放大倍數明顯小于其余兩者， 優勢明顯。 分析原因， 該結果除了與引信結構差異有關外， 觸發開關的安裝位置起了決定性作用。 3型空空導彈引信觸發開關安裝在電路盒平面上， 且靠近引信本體周向的固定位置。

表1　三型觸發開關安裝位置振動響應均方根對比

大膽假設， 安裝位置越靠近引信本體的固定位置， 振動放大就越小。 為驗證這個假設， 利用Abaqus軟件對3型空空導彈引信進行有限元建模， 如圖11所示， 利用Random Response模塊對其進行隨機振動仿真分析[12-15]， 其X向均方根加速度值(RTA)圖譜如圖12所示。 由圖12可以看出， 遠離引信本體固定位置處的振動放大最為明顯。

圖11　3型空空導彈引信有限元模型

圖123型空空導彈引信X向RTA圖譜

對圖7中的四個測試點進行相同振動條件下的測振試驗， 試驗結果見表2， 與仿真結果基本吻合。

仿真分析結果和實測數據都說明越是靠近引信本體固定位置， 振動放大越不明顯[16]， 觸發開關應安裝在靠近引信本體固定位置處。

表2　3型空空導彈引信測振結果

3　結　　論

本文對三種不同類型空空導彈引信觸發開關安裝位置處的振動響應均方根值進行了對比分析， 發現引信本體固定位置處振動響應較小， 同時運用有限元仿真手段證明了該結論， 該結論適用于對不同結構形式引信觸發開關安裝位置的確定，不僅對引信的結構設計與優化具有重要借鑒作用， 而且提高了全彈在振動環境下的彈道穩定性[17]。

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Comparison and Analysis for Ground Vibration Response of
Fuze Impact Switch on Air-to-Air Missile

Sun Hui， Liu Yongtao

(China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China)

Vibration environment is one of the most inclement environment experienced by air-to-air missile, which directly influences the structural integrity and working performance of air-to-air missile. As the sensitive fire device when directly rushed by target, the vibration response of impact switch directly influences working performance and trajectory safety. In order to optimize the fuze structure, reduce the probability of early explosion, the ground vibration responses of three kinds of air-to-air missiles’ fuze impact switch are compared and analyzed, and added by the finite element analysis, an advantageous installation position of impact switch is proposed.

air-to-air missile;vibration environment; impact switch; vibration response; finite element analysis;structural optimization

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.03.014

2015-07-18

孫慧(1986-)， 女， 河南新鄉人， 碩士， 工程師， 主要從事機電引信的設計研究工作。

TJ43+1.6

A

1673-5048(2016)03-0062-04