基于轉子繼續轉動的安全狀態可恢復隔爆機構

王春常，顧　強，安曉紅

(中北大學 機電工程學院，山西 太原　030051)

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基于轉子繼續轉動的安全狀態可恢復隔爆機構

王春常，顧強，安曉紅

(中北大學 機電工程學院，山西 太原030051)

針對子母彈在使用過程中存在未爆彈的問題，在力求解決瞎火子彈藥造成的安全隱患的基礎上，開展了關于子彈藥引信自失效的研究。提出了一種控制引信恢復安全狀態的途徑，基于轉子繼續轉動的安全狀態可恢復隔爆機構。以火箭發射的子彈藥引信為研究平臺，結合子彈藥引信機電式自主恢復隔爆機構的相關理論，對引信機構進行改進，通過對該試驗樣本進行靜、動態測試，并針對試驗中引信機構出現的問題進行改進，使得該引信機構能夠可靠地實現自主恢復隔爆功能。

自失效；引信；安全狀態；隔爆機構

進入新世紀以來，集束彈藥雖然在戰爭上對敵造成了巨大殺傷力和破壞力，但其本身卻存在著巨大的安全隱患。其戰爭后遺留的啞彈一直對戰地平民造成極大的危害。為此，各國開始著手采用“三自”技術對子彈藥引信進行改進來降低未爆彈的危害：當集束子彈藥命中目標而未發生爆炸或者沒有命中目標時，引信按預設條件(如高度、溫度、碰撞、時間等)將子彈藥或者戰斗部自行引爆炸毀，即為“自毀”；“自失能”是指通過控制子彈藥中某一關鍵部件，當集束子彈藥命中目標而未發生爆炸或者沒有命中目標時，不可逆地將其耗竭，從而使子彈藥永久不起作用；而“自失效”是指當集束子彈藥命中目標而未發生爆炸或者沒有命中目標時，通過某種手段(如機械、電子、化學等)使得彈藥無法起作用。筆者以火箭發射的子彈藥引信為研究平臺，設計出了一種新的引信隔爆機構，基于轉子繼續轉動的安全狀態可恢復隔爆機構，其正是“自失效”的一種途徑[1]。

1　安全和解除保險裝置及安全狀態

與引信“自毀”技術相比，引信的“自失效”技術進展緩慢。2009年第53屆美國引信年會就引信安全性要求進行探討，并提出了“Re-safing”，即自恢復至安全狀態。隨后，在第54屆美國引信年會上，又重申“Re-safing”，可見，在國外引信安全狀態恢復功能越來越受到重視。在國內，利用引信自失效技術來解決未爆彈子彈藥問題的理論比較少，但透過某些專家、學者的研究，可以看到自失效技術的一些雛形方案。例如涂詩美、尚雅玲、朱珊等進行了一系列關于引信的安全系統的研究，并提出可行方案。涂詩美等人采用電子式安全系統進行操雷引信恢復到安全狀態的研究，王孝福、尚雅玲等人針對引信安全狀態可恢復功能的研究，通過控制步進電機來實現隔爆機構可逆向運動的功能，從而達到使引信由待發狀態重新恢復到安全狀態的研究目的[2-3]。

安全和解除保險裝置是引信中的重要組成部分。它保證引信的發火機構、隔爆機構和內含能源平時處于保險狀態，在發射(投擲、布設)后的預定條件下，由保險狀態向待發狀態過渡并最終進入待發狀態，其作用過程圖如圖1所示。

以往的引信往往只能由保險狀態向待發狀態轉換，筆者通過對某型號引信隔爆機構進行改進，使其具備了由待發狀態恢復至保險狀態的功能。引信隔爆機構的運動狀態主要有轉動和活動兩種，筆者研究的隔爆機構屬于水平轉子隔爆機構[4]。

2　基于轉子繼續轉動的安全狀態可恢復隔爆機構作用原理

具有安全狀態可恢復功能的引信工作原理框圖如圖2所示。自主恢復隔爆系統總體實現過程如下：在環境力的作用下，解除子彈藥引信的后坐力保險，此時子彈藥引信仍然處于安全狀態。在拋撒子彈藥時，母彈在拋撒過程中將長拔銷拔出，從而解除第2道保險，子彈藥引信開始從安全狀態向待發狀態轉換，經過極其短暫的時間，在子彈藥飛出的過程中，子彈藥引信進入待發狀態，即子彈藥引信隨時有可能引爆子彈藥。子彈藥引信一旦觸碰目標或接近目標區域，子彈藥引信中的信息處理模塊發揮作用，將發火控制信號傳遞給傳爆序列，從而起爆子彈藥。在這一過程中，若子彈藥瞎火，即子彈藥引信未能成功引爆子彈藥，通過在子彈藥引信中添加的自主恢復隔爆機構發揮作用，經過預先設定的時間后，裝配在子彈藥引信中的自主恢復隔爆機構對爆炸序列進行作用，使得導爆藥與雷管再次錯位，使得阻斷爆轟傳遞，實現在子彈藥引信中的自主恢復導爆藥與雷管再次隔離，保證了瞎火子彈藥引信處于安全狀態[5-6]。

3　自主恢復隔爆機構模型設計及工作過程

自主恢復隔爆機構由電點火頭、延時模塊、電拔銷、切斷銷、電拔銷殼和電拔銷套組成，剖視圖如圖3所示。

電點火頭與延時模塊的輸出電路連接，用于觸發電點火頭作用，延時模塊未在圖中顯示。延時模塊用于產生指定時長的延時時間。電拔銷與電拔銷套嵌套，切斷銷穿過電拔銷套上的通孔，從而阻止了電拔銷套與電拔銷的相對運動。電拔銷突出電拔銷殼的部分用于阻止待發狀態時轉子的繼續旋轉。電點火頭與電拔銷殼上的穿孔相對，可以使點火頭產生的氣體快速進入電拔銷殼體內部。電拔銷殼底部有椎形槽，當電拔銷與電拔銷套發生相對位移向左運動時，可以卡住電拔銷，防止其回彈。

3.1初始狀態

子彈藥引信的安全機構初始狀態的剖視圖如圖4所示。

彈藥發射前，隔爆機構處于初始狀態，慣性筒保險沒有解除，鋼珠和長拔銷分別卡在回轉體內，鋼珠和慣性筒組成了引信安全系統的第1道保險——慣性保險。長拔銷是子彈藥拋撒過程中解除的第2道保險，電拔銷在電拔銷簧的推力作用下抵在回轉體的弧形槽上，這是自主恢復隔爆機構設計的關鍵所在。整個子彈藥引信安全機構處于初始狀態，此時導爆藥與雷管處于錯位狀態，機構處于隔爆狀態。導爆藥和雷管錯位俯視圖如圖5所示。

3.2待發狀態

當彈藥進入發射過程時，首先慣性筒在慣性力的作用下運動，解除對鋼珠的約束，使鋼珠從回轉體卡槽內退出，此時子彈藥引信的第1道保險被解除。而后當母彈到達目標上空時，母彈開艙，從而將長拔銷拔出，使子彈藥引信第2道保險解除。接著回轉體在扭簧力的作用下進行轉動，由于電拔銷恰好可以抵在回轉體弧形槽上，從而阻止了轉子的繼續旋轉，使導爆藥與雷管恰好處于對正狀態，此時引信的爆炸序列能夠逐級傳遞爆轟能。當電拔銷卡在回轉體的弧形槽的凹槽處時,轉子停止轉動，轉子與電拔銷的位置如圖6所示；此時導爆藥與雷管剛好對正，引信處于待發狀態。

3.3恢復隔爆狀態

自主恢復隔爆機構恢復隔爆狀態如圖7所示。

在導爆藥與雷管對正時，子彈藥引信可能出現瞎火情況，使未能正常起爆的子彈藥引信的傳爆序列一直處于對正狀態。當子彈藥引信出現瞎火現象時，自主恢復隔爆機構開始作用，經過延時模塊預先設定的時間，延時電路會產生一個觸發信號，使電點火頭開始作用。電點火頭會瞬間產生大量的氣體，產生的氣體會迅速漫布在電拔銷殼體內部。這些膨脹的氣體會迫使電拔銷和電拔銷套快速相對移動，由于氣體瞬間膨脹產生一個較大的推力，從而切斷電拔銷與電拔銷套之間的切斷銷。電拔銷開始后移，并退入到回轉體的凹槽內，解除對回轉體的約束。回轉體在扭簧力的作用下繼續轉動，從而使得導爆藥與雷管重新錯位，實現引信機構的自主恢復隔爆。

3.4延時電路

選用實時時鐘芯片使電路實現延時功能，并與電壓檢測電路融合，搭建出超長延時模塊。該電路設計能夠基本滿足系統對延時時間的要求。具體設計過程不再敘述。

4　試驗

4.1試驗準備

在進行試驗前，將轉子、電拔銷、拔銷套等零件裝入引信機構的本體內，最后在靜電室隔著防爆玻璃，將電點火頭裝入本體機構中，如圖8所示。采取一定的安全措施，將其帶到試驗場地。

4.2試驗過程

由于在試驗中會使用到火工品等危險物品，需要將機構樣機帶到專用的試驗場地。試驗前，首先手動解除子彈藥引信機構的保險，子彈藥引信機構進入待發狀態，具體如圖9所示。接下來進行樣機的初步靜態試驗，利用自主恢復隔爆機構中設計的電拔銷對待發狀態的子彈藥引信機構進行作用，使其能夠完成導爆藥與雷管的重新錯位。

在電點火頭作用下，因為氣體的力量較大，將推著電拔銷后撤，同時將連接拔銷器與拔銷器殼的切斷銷切斷，電拔銷就會噴射出來，因此，在電拔銷的后部沒有進行固定的地方，采用放置臺鉗進行卡住。并通過攜帶的導線將電點火頭的導線與電源線連接起來，如圖10所示。在試驗場地，進行手動通電對樣機進行試驗，如圖11所示。試驗后電拔銷隔爆裝置恢復隔爆，如圖12所示。在試驗當中，主要是針對單個子彈引信機構進行試驗的，未對母彈進行試驗。

4.3試驗結果和分析

本組試驗中用了20組試驗機構，主要是為了驗證在實際環境中各個機構的作用的可靠性，檢測子彈藥引信機構是否能夠正常作用，并發現其中可能出現的未知問題，為以后子彈藥引信機構的改進提供幫助。本組的試驗結果表明，17組子彈引信可以可靠作用，3組失敗。其試驗具體情況如表1所示。

表1　試驗結果統計表

本機構做了溫度為-45℃下的機構隔爆，其結果還理想。今后還可以選擇在更惡劣的條件下進行多組試驗，通過對試驗結果進行多方面比較，發現設計中的不足之處，對機構進行改進，使其更加完善。

4.4適用范圍及局限性

筆者的研究工作主要是基于有源子彈藥引信這一研究平臺開展的，在實現引信自主恢復隔爆功能時，首先要解決電源問題，并且受限于子彈本身的設計特點，使得電源只能考慮小一些的電池，如紐扣電池等。這一機構得以正常工作必須要確保滿足以下條件：引信電源能保持正常工作；電路延時模塊能正常延時；機構不能在極限溫度環境下工作等。

5　結論

筆者在有源子彈藥引信中添加自主恢復隔爆機構，使子彈藥引信一旦出現瞎火后仍能夠使其處于安全狀態。通過理論和多組試驗分析表明：此種設計機構可行性好，成本低，具有一定的使用價值。

References)

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The Safety State Restoration of Interrupter Mechanism Through Rotor’s Keeping Moving

WANG Chunchang, GU Qiang, AN Xiaohong

(College of Mechatronics Engineering, North University of China, Taiyuan030051, Shanxi, China)

Aimed at the problems about unexploded bomb shrapnel in use process, on the basis of trying to solve the security problems caused by misfire bullet medicine, the research in the self-neutrali-zation of bullet fuzes is conducted. This paper proposed an alternative way to make fuzes restore the security state. The safety state restoration of interrupter mechanism was based on rotor’s keeping mo-ving. With the ammunition fuze fired rocket as the research platform, in combination with related theory of the bullet medicine fuze electromechanical autonomous recovery flame-proof institutions, the fuze mechanism is improved. With the static and dynamic tests of the sample carried out, through the improvement of the issues existing in the fuze mechanism during trial, the experiment results show the fuze mechanism can reliably achieve the function of autonomous recovery flame-proof.

self-neutralization; fuze; safety state; interrupter mechanism

2015-03-30

王春常(1990—)，男，碩士，主要從事機電系統設計、分析研究。E-mail：wcc18334791845@163.com

TJ43

A

1673-6524(2016)01- 0050- 05