水下武器裝備領域火工品發展趨勢研究

胡 光，吳玉均，趙 亮

（1.海軍裝備部；2.西安北方慶華機電有限公司，陜西 西安 710025）

引言

火工品是裝有火藥或炸藥，受外界刺激后產生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱[1]。現代水下作戰的主要武器，如反潛導彈、深水炸彈、魚雷、水雷、滅雷具、UUV等，在作用過程中存在多種動作，設計中采用了大量的火工品，如火帽、點火管、點火藥盒、爆炸螺栓、作動器等。隨著海軍水下武器裝備的多樣化發展以及戰場環境的變化，對火工品提出了新的使用要求，常規的火工品已不能適應新的需求，而應用半導體點火、無污染分離、低擾動（低沖低噪）做功、沖擊片安全起爆等新技術火工品開始呈現出良好的發展態勢，也將進一步推動水下武器裝備的發展。

1 火工品發展現狀及其作用

1.1 火工品在武器系統中的作用

火工品因具有能量質量比高、作用時間短、起爆及輸出能量可控、體積小及長期貯存好等優點，被廣泛應用于水下武器系統的各個位置，其在武器系統中的作用主要為[2]：

1）用于武器系統的點火、傳火、延期及其控制系統，保證武器的發射、運載等系統安全、可靠地運行，如發動機點火類火工品。

2）用于武器系統的起爆、傳爆及其控制系統，以控制戰斗部的作用，實現對敵目標的毀傷，如引信火工品。

3）用于武器系統的推、拉、切割、分離、拋撒和姿態控制等做功序列及其控制系統，使武器系統實現自身調整或狀態轉換與安全控制，如艙段分離、頭罩分離火工品。

1.2 火工品發展現狀

火工品性能主要由藥劑和發火件的發火機理進行決定，依據火工品的輸入信息能量形式以及作用原理對其發展劃分為五個階段[3]。

第一代火工品以雷汞為起爆藥或含雷汞的藥劑而制成的機械火工品和火焰類火工品，如最初的火帽、雷管、底火等，其安全性能不可控，不能快速的適應武器系統的發展和使用，且雷汞有毒，使得該類火工品目前在武器裝備中已完全淘汰。

第二代火工品采用氮化鉛、三硝基間苯二酚鉛等常規起爆藥而制成的各類敏感型火工品，如電橋絲火工品、機械火工品和火焰類火工品，有一定的安全性，但其可靠性和安全性通常是一對矛盾體。就應用范圍和數量而言，這類火工品在武器系統中仍占有重要地位。

第三代為鈍感電火工品，其電安全性能滿足1A/1W 5min不發火要求，而發火電流不大于5 A。主要產品有橋帶式火工品、半導體橋火工品及部分橋絲火工品。所用藥劑仍采用常規起爆藥或其他鈍感發火藥，可靠性和安全性具有獨立設計特性。近年來這些火工品的應用范圍和數量均逐漸增大。

第四代火工品為高安全性火工品，如采用直列式傳爆序列或點火序列許用鈍感藥劑的爆炸箔起爆器及激光類火工品，這些火工品已開始應用，但由于尺寸、發火能量及成本等限制，應用范圍和數量均不大。

第五代火工品是具有精確控制能量的集成產品或陣列，包括MEMS火工品、SMART火工品、數字化火工品等，以微裝藥、微輸入/輸出能為標志，所用藥劑為小臨界直徑藥劑、光聚合藥劑、內嵌化合物和可反應復合膜材料。這一代火工品仍在發展和成熟過程中。

2 水下武器裝備領域火工品發展需求

近年來，隨著海軍水下武器裝備的的迅速發展以及作戰環境的變化，對火工品的戰場生存能力、準確作用能力、高效摧毀能力、持久作戰的綜合保障能力等方面提出了新的發展需求，使火工品從“起爆”“點火”等基本作用拓展到了實現低噪音、低沖擊、定向作用、可控作用、信息交互等更高要求的作用，使火工品的技術使命不僅僅體現在初始點火起爆這一環節上，而是全面地體現在表征武器體系對抗的戰場生存、精確作用、快速響應、有效毀傷等多個環節中，使火工品開始成為推動水下彈藥、引信乃至武器系統發展的新動力。

2.1 戰場生存能力

戰場生存能力不僅包括部隊人員和裝配的生存能力，而且包括彈藥抵達目標前的生存能力，其實質就是要求火工品具有較高的安全性及抗干擾的能力。

2.1.1 高安全性需求

提高火工品的安全性是提高人員和裝備生存能力的重要措施之一。目前世界上主要國家海軍水下裝備中使用的火工品主要以第二代、第三代為主，第四代火工品才開始零星的使用。一般而言，固有安全性高的電火工品，其電磁環境安全性也較高，一些不含起爆藥的電雷管（如沖擊片起爆雷管）的發火能量很高，起爆電壓數千伏，客觀上已具有了很高的固有安全性。發火能量大的鈍感電火工品滿足防靜電和1 A/1 W 5 min不發火要求，固有安全性較高。而對于固有安全性遠低于電磁環境安全性要求的敏感、高敏感火工品而言，則需要通過產品結構設計來保證電磁環境安全性，如裝于引信的敏感電雷管需要靠引信體的屏蔽來保證其電磁環境的安全性。

當前彈藥正快速的向鈍感方向發展，美國等軍事強國已經廣泛使用第四代火工品,其特點主要體現在采用電爆換能元、光爆換能元等非線性換能元以保證火工品對起爆信息敏感,又能提高抵御環境干擾能力，采用特征感度與特征功效藥劑以實現其只對換能元刺激敏感、對環境力刺激鈍感，典型產品為高安全的沖擊片雷管，其特有的高安全性、作用時間短、引爆閾值范圍窄以及良好的抗震、抗沖擊和抗過載能力，對靜電和電輻射有很好的抗干擾能力。

2.1.2 低噪音需求

低噪聲火工技術是近年來隨著海軍魚水雷結合、UUV等新概念武器快速發展需求求提出來的，主要作戰功能為水下低噪音釋放、分離、切割、拔銷、解鎖和姿態控制等。其“低噪音”一般要求產品作用時所產生的噪音需小于海洋的背景噪音，從而躲避敵方水聽器的監測，達到隱蔽突防的目的。現隨著各國水下監測手段日臻完善，低噪音火工品的設計及系統裝配使用已迫在眉睫[4]。

目前采用炸藥的爆炸或火藥的快速燃燒對物體做功，較好的實現了能耗低、載荷大、響應快、尺寸小等水下武器的使用要求，但作用噪音較大,未來低噪音火工品的發展將綜合火工品與非火工品的優點，將二者結合起來，設計出新型的低噪音復合型火工品，以滿足水下低噪音作動的要求[4]。

2.1.3 低沖擊需求

分離作動火工品在海軍武器系統中應用廣泛，技術較為成熟，但隨著武器系統的發展以及高精密儀器設備的應用，對分離作動火工品提出了高承載、低沖擊的使用要求，以保證系統其它精密設備的安全、穩定和可靠，因此強連接弱解鎖結構的火工分離裝置將主導市場。

2.1.4 水聲火工干擾需求

由于安靜型潛艇和魚雷武器的快速發展，艦艇面臨著越來越多來自水下的威脅，世界各國都在研究先進的水聲對抗器材。國外典型的干擾器材是英國“赤刀魚”干擾器和法國“斯巴達克斯”反魚雷武器系統。目前，世界主要國家連續爆炸類型的干擾裝備均處于起步階段，水下連續爆炸聲干擾及其裝備技術成熟度還無法滿足工程化要求。因此，未來水下連續爆炸干擾火工技術將作為主要的研究方向為水聲干擾提供新的技術途徑。

2.1.5 深水作動需求

為了提高水下武器裝備自身的隱蔽性、攻擊的突然性，對其配套的火工品也提出了深水使用的要求。常規火工品水下耐壓性較差，自身密封性不足，在深水使用中往往因進水導致失效，同時在海水中因長時間值守，表面防污防腐性能下降，導致性能很難滿足系統的使用要求。因此在常規火工品的基礎上進行耐壓、防腐、防污研究將成為火工品發展的重要方向。

2.2 準確作用能力

準確作用能力既體現在命中目標時的可靠作用，又包括運動過程中實現精確命中軌跡控制的作用。精確命中是實現精確打擊的前提，通過火工品實現精確命中的途徑可通過陣列的脈沖推沖器邏輯點火技術對彈藥實施彈道或姿態控制，提高命中精度。該技術在導彈系統中被廣泛的應用，美國、俄羅斯均有成功應用的型號列裝產品，該技術也可應用于水下武器裝備中，以提高命中率。

2.3 高效摧毀能力

高效摧毀能力是近年來隨著火工起爆可選擇性而提出來的，所追求的是“命中即摧毀”。在火工品環節上實現高效摧毀的途徑：一是根據引信對目標的識別，火工系統對彈藥戰斗部的起爆位置具有可選擇性，如深水炸彈采用爆炸邏輯網絡達到起爆點精確控制，實施定向起爆，使戰斗部的殺傷破片向目標方向集中，從而大幅度提高毀傷概率；二是在終點彈道環境中提高火工品的抗干擾能力，達到準確作用的效果。

2.4 連續持久作戰的綜合保障能力

隨著未來戰場上前后方界限的模糊化和部隊分布的離散化，連續持久作戰的綜合保障能力的重要性日趨重要，特別是戰時大量消耗的火工品，實現通用化和系列化設計，簡化品種，降低成本，簡化戰時彈藥用火工品的管理與供應是提高連續持久作戰綜合保障能力的重要途徑之一，因此，通用化、系列化、組合化是未來火工品設計的重要原則。

3 結語

隨著水下武器裝備的快速，對火工品的使用需求也有了新的拓展。火工品的戰場生存能力、準確作用能力、高效摧毀能力、持久作戰的綜合保障能力將成為水下武器裝備用火工品發展的主題。具有高安全性、低噪低沖擊作動性、水聲干擾性、深水作動性、定向起爆性以及高可靠性的新型火工品將更多的應用于水下武器裝備中，并發揮不可替代的作用。