新型彈藥電磁防護技術分析

冒建軍

【摘 要】電發火彈藥是電子技術與彈藥相結合的產物，在現代戰爭中廣泛應用。由于現代戰爭中，戰場復雜的電磁環境使得電發火彈藥使用的安全性與性能的可靠性受到極大威脅。為此，本文首先就電磁環境對電發火彈藥安全性的影響及危害模式進行了分析，研究了目前常用電磁防護加固技術及其存在的問題，提出采用電磁屏蔽技術來對電發火彈藥進行電磁防護是一種最直接最有效的方法。

【關鍵詞】新型彈藥；電火工品；電磁防護；電磁屏蔽

中圖分類號： TJ410 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0144-002

Analysis of New Type Ammunition Electromagnetic Protection Technology

MAO Jian-jun

（Fujian Ordnance Equipment Co.，Ltd.，Yongan 350003，China）

【Abstract】Electric fire ammunition is a combination of electronic technology and ammunition.It is widely used in modern warfare.Due to the complex electromagnetic environment of the battlefield in modern warfare，the safety and performance reliability of the use of electric firearm ammunition is greatly threatened.Therefore，this paper first analyzes the influence of electromagnetic environment on the safety of electric firearm ammunition and the hazard model，studies the current electromagnetic protection reinforcement technology and its existing problems，and proposes the use of electromagnetic shielding technology to electromagnetically protect electric ammunition.It is the most direct and effective method.

【Key words】New type of ammunition；Electric pyrotechnics；Electromagnetic protection；Electromagnetic shielding

1 目前電發火彈藥抗電磁環境危害存在的問題

電發火彈藥的電點火系統通常由電火工品（EED）和相關發火線路構成。EED作為電發火彈藥的終端負載，同時也是電發火彈藥中最敏感、最危險的部分，最容易受到電磁能量的危害。電發火彈藥儲運、勤務處理及戰場使用過程中，經常發現有意外發火或瞎火現象，經研究分析，電發火彈藥意外發火、瞎火的原因主要是EED受到電磁干擾所致。

目前，所制定的有關電磁環境的國軍標，都是針對整個武器系統而言，還沒有確定的標準來明確定義電發火彈藥所處的電磁環境。電發火彈藥相對于整個武器系統而言，只是其中一個分系統。它所受到的電磁危害，與武器系統所處的電磁環境，以及與之相連接的其它分系統相關。當前電發火彈藥抗電磁危害加固技術還存在許多問題，主要體現在：電磁能量進入電發火彈藥，引起電磁危害的情況十分復雜，使得理論研究、機理分析具有一定的難度；電磁試驗環境與實際存在電磁環境有一定的差別，在實際電磁環境中，可能有各種不同形式的電磁干擾源（如雷達脈沖波、連續波等）同時作用到電發火彈藥上，而在電磁試驗環境中，每次試驗只是施加單一的一種電磁干擾源，現有電磁試驗環境中，這是無法真實模擬的；相應的電子器件參數難以達到，在武器系統中，要求電子元器件不僅能耐高溫，且能耐高壓以及高過載，同時，對電發火彈藥來說，其中電火工品的小型化、精密化是發展的必然趨勢，這對電子元器件就提出了更高的要求，從目前國內來看，相應的電子器件參數難以滿足電發火彈藥對電子器件的高要求。因此，要設計出既滿足電發火彈藥戰技性能要求又能有效防護電磁危害的電發火系統存在很大難度。

濾波、優化電路及線路設計、保護電路等加固技術一般多運用于產品的設計階段，如果采用這些方法對現役電發火彈藥進行電磁防護加固，必然影響到彈藥本身的射程、精度、空氣動力學特性等各項技術參數指標，需要對多項技術參數指標進行重新鑒定，這樣大的工作量在工程上是無法承受的，也是得不償失的。因此，采取這些措施提高現有已定型電發火彈藥武器系統的抗電磁危害能力，是難以實現的。

2 電磁環境對點發火彈藥安全性的影響及危害模式

裝有EED的電發火彈藥在制造、儲存、運輸和使用過程中，不可避免地會受到電磁環境中各種電磁能量的威脅。電磁能量對彈藥電點火系統的直接作用有兩種：一是以電流的形式通過腳線輸入橋絲，通過加熱橋絲使電點火具發火；再就是以電壓形式加在腳殼之間，通過火花放電引爆電點火具。前一種是低電壓大電流的過程，后一種則是高電壓小電流的過程。在很多情況下，這兩種作用是同時存在的，并且一種作用占主導。哪一種機理起主導作用取決于輻照電磁波的形式（連續波、脈沖波）、電點火具的類型（灼熱橋絲、火花式、間隙式）以及電磁能量作用于彈藥電點火系統的方式（傳導、輻射）。

電磁能量是通過能量耦合的方式進入到彈藥系統內部的，電磁能量有傳導和輻射兩種傳輸方式。試驗研究表明，各種電磁危害源主要是通過能量的傳導耦合或輻射耦合模式發生作用的。其作用機理主要表現為：熱效應、電磁輻射場作用、靜電場效應、磁效應。傳導耦合是指電磁能量以電壓或電流的形式通過金屬導體或集總元件（如電容器、變壓器）耦合至電路系統（或元器件）的能量傳遞方式，根據具體的耦合方式，可分為直接傳導耦合、公共阻抗耦合、轉移阻抗耦合等。輻射耦合是指電磁能量通過空間以電磁場輻射形式耦合至電路系統（或元件）的能量傳遞方式，主要是通過孔洞、縫隙、屏蔽體泄漏等耦合。

靜電放電和直擊雷的雷電浪涌對彈藥電點火電路的耦合途徑屬于傳導耦合模式，靜電放電和直擊雷可以通過彈藥的金屬殼體耦合進入電點火電路，這種耦合通道需要由金屬導線或集總元件組成的連接線路。發動機點火、不同物質間的摩擦以及粉塵、沙、土、雪、冰晶體和雨對彈藥的沖擊能夠產生高達300kV的靜電電壓。靜電能量與積累電壓的平方和帶電物體分布電容的大小成正比。高分子復合包裝材料和化纖衣物經過摩擦都可以產生數十kV的靜電電壓。當外來物體的靜電荷意外地加載到彈藥發火線路上時，可以引起彈藥非正常發火，或者給彈藥造成潛在性危害。直擊雷通過傳導方式可以將上千伏的電壓和上百安的電流耦合到彈藥電點火電路上，使EED瞬間爆裂甚至將發火導線熔融氣化燒毀。

輻射耦合分為“前門”和“后門”耦合。“前門”耦合是指電磁場通過天線，包括導線、殼體，耦合到彈藥電點火系統中的一種耦合方式。“后門”耦合則是指電磁能量通過各種“窗口”，如接縫、開口、艙口、進氣孔、排氣孔以及開關等穿透的一種耦合方式。電磁脈沖場輻射耦合到導線上，會產生瞬態感應電壓或電流，這些瞬態干擾沿著導線進入EED，超過一定的強度就會使EED 發火或發生潛在性失效，造成事故。武器系統殼體上的孔縫，如測試電纜孔、通風孔等，破壞了殼體屏蔽的完整性，電磁脈沖也會通過這些孔縫耦合進入電點火系統。

傳導耦合模式中耦合到彈藥電點火電路上的能量較輻射耦合模式大得多，因此，只要有傳導耦合發生時，彈藥電點火系統中的EED通常會被起爆或者遭到破壞。傳導耦合的破壞力較輻射耦合大。但是，傳導耦合的發生需要通過電阻、電容或電感構成的耦合通道，只要破壞了這個通道或者將傳導耦合進入的能量泄放掉，就可以防止其對彈藥電點火電路的破壞。多數情況下是輻射耦合與傳導耦合同時存在，空間電磁能量經輻射耦合后，常以傳導耦合的方式進入電路系統。

3 常用電磁防護加固技術

（1）屏蔽

屏蔽是利用金屬盒、金屬網等屏蔽體將電發火彈藥及其相關發火電路（包括電源、發射線、開關和支路電路）包圍起來，或對武器的幾個部分分別進行屏蔽，盡量減少進入武器系統的電磁能量的一種抑制干擾措施。交變的電場作用于導體表面時導體內部電子在電場力的作用下形成傳導電流使電場一部分被反射，一部分透射。交變磁場在屏蔽體內可產生渦流一方面渦流可消耗原磁場的能量，使其減弱；另一方面渦流產生的反向磁場可以抵消原來的磁場，從而使進入屏蔽體內部的電磁能量減小。

（2）濾波

為了將電磁干擾脈沖過濾，減少干擾脈沖對彈藥電點火系統的危害，設計濾波器是個有效的手段[21]。由于電發火彈藥是直流發火設計，所以電點火系統中的濾波器應選用低通濾波器。其原理是用高阻抗隔斷不要的高頻電磁能量，并具有良好的低通特性，以保證彈藥可靠發火。選擇適當電容及電感組合構成濾波器，對提高彈藥電點火系統抗電磁環境危害的能力具有較好的效果。

（3）優化布線及線路設計

對于電場產生的附加電動勢：

可知，設計彈藥電點火系統的回路時路徑應當盡量地短，以減小感應電壓，從而增強彈藥電點火系統的抗電磁危害能力。

對于交變磁場B產生的感生電動勢

可知應盡量減少彈藥電點火系統引線所圍的回路面積s，避免環路及大面積長走線。兩根導線應采用絞線的形式，利用對稱布線產生逆反感生電動勢的方法減小電磁危害。

（4）保護電路

彈藥電點火系統中的保護電路也很重要。在突然受到大能量的電磁干擾時保護電路可瞬時導通將大部分具有破壞能力的能量泄放掉，從而使電點火系統中的電點火具受到保護，避免發火。具體有火花隙、半導體擊穿器件等。

火花隙是一種介質擊穿器件。利用某些晶體材料在強電場中從介質表面發射電子，在周圍介質中產生電弧形成放電通道，從而使高電壓在瞬間泄放掉的原理制成。

半導體擊穿器件包括整流二極管、齊納二極管、TransZorb管、非性電阻器等。這些器件的特性是在高電壓時電阻較小，響應迅速，能瞬間泄放掉靜電高壓等電磁能量，而低電壓條件下呈高阻狀態，不影響電點火系統正常發火。

4 結論

屏蔽作為抑制電磁干擾最常用、最直接且有效的技術手段，不僅對電磁輻射干擾有良好的抑制效果，而且對靜電干擾和電容性耦合、電感性耦合干擾均有明顯的抑制作用，因此，屏蔽作為一種直接有效的電磁危害防護手段在電磁危害防護設計中占有十分重要的地位。而對于采用電磁屏蔽方法提高彈藥電磁防護能力最直接最有效的方法莫過于直接從彈藥的包裝入手，通過對彈藥包裝本身電磁防護能力的改善和提高，切斷外界電磁危害對彈藥電點火系統的影響，從而達到對電發火彈藥進行有效電磁防護的目的。