鱼雷引信安全系统通用环境信息

尚雅玲,李广超,但 波,冯 兵

(1.海军航空工程学院,山东烟台 264001;2.91172部队,海南三亚 572000)

0 引言

随着鱼雷战斗部技术的发展,对引信安全系统的性能提出了更高的要求,迫使鱼雷引信安全系统由传统的机械式向机电化、电子化方向发展,实现鱼雷引信安全系统的“三化”[1-4]。

目前,大多数的鱼雷引信安全系统属于机电式安全系统,其环境信息的敏感元件与保险机构中的执行元件通常为同一个元件,模块性差;传统的机械敏感元件受本身固有特性的限制,很难充分利用各种环境信息。国内不同雷型的安全系统之间通用性较差,维护和操作性不强,存在一定程度的安全隐患。针对这些问题,分析鱼雷引信安全系统的可用环境信息,从利用识别的角度明确其通用环境信息。

1 鱼雷引信可用环境信息

鱼雷可采用管装发射、固定翼和直升机空投以及火箭助飞三种发射方式。无论采用何种发射方式,鱼雷都要先脱离载体,然后入水下潜,一般经历航行搜索、捕获目标和跟踪三个阶段,并最终命中目标。其全弹道流程如图1所示。

鱼雷在运行过程中,引信安全系统的可用环境信息包括以下7种:

1)脱离载体信息。它是启动鱼雷的动作信息,伴随鱼雷发射而产生,其特点是环境信息不可逆,且在空投、火箭助飞或发射管发射等方式下均可产生。

2)发射过载信息。它是发射段的环境信息。鱼雷发射时具有较低的后坐过载和离心过载,特点是过载幅值小且持续时间短。

3)入水信息。入水信息是鱼雷弹道环境中的典型信息。鱼雷在入水过程中会受到冲击过载,且具有重复出现的特性(鱼雷航行过程中意外跃出水面,造成再次入水)。鱼雷进入水中环境后,弹道介质产生了变化。

4)水静压力信息。它伴随着鱼雷发射入水而产生,对应不同的水深产生不同的水静压力,是鱼雷入水深度的识别信息。

5)水动压力信息。它伴随鱼雷在水中运动产生,水动压力信息主要与鱼雷的航行速度有关。

6)螺旋桨转动信息。它由螺旋桨转动而产生,主要体现在尾轴转速与航程之间的联系。

7)目标信息。它是目标基安全系统解除保险所必需的一种信息,主要是利用制导系统获得目标参数并进行处理后向引信安全系统发出的控制指令。

图1 鱼雷全弹道流程图Fig.1 Flow chart of torpedo overall trajectory

2 鱼雷引信通用环境信息

鱼雷在不同载体、不同发射方式下,所伴随的环境信息可分为物理信息和电指令信息。其中,脱离载体、发射过载、入水、水静压力、水动压力、螺旋桨转动信息为物理信息,目标信息为电指令信息。

环境信息与其识别方式密切相关,为了明确鱼雷引信的通用环境信息,必须对其可用环境信息的识别进行分析[5-6]。

1)脱离载体信息是一种可通用的环境信息,通过使用布置在鱼雷后段的尾部仪表开关来感知。该信息作用在仪表开关上,将表征发射启动的不可逆的物理动作转化为开关信号,引信可以利用开关信号做为全电路导通的第一个信号。

2)发射过载信息是导弹和炮弹引信中解除保险经常利用的一种环境信息,鱼雷引信中较少利用。在引信安全系统的设计过程中,如需利用此信息,应充分考虑鱼雷发射过载信息的特点,避免仅采用后坐环境激励,在勤务处理中使安全系统提前启动解除保险,造成安全隐患。

可采用复合保险的思想,发射过载信息直接作用在惯性保险机构上,惯性保险机构同时具有电磁保险的功能,并通过时间窗口电路为保险机构通电,利用电磁力使机构保持在吸合状态,解决过载持续时间短,延期解除保险时间长的矛盾,从而保证勤务处理的安全性与发射后的可靠解除保险。同时为避免发射开始前,引信安全系统受到外界环境信息的刺激而解除保险,可适当提高惯性保险机构的工作过载和延长保险销解除保险动作的行程。

3)入水信息也是可通用的一种环境信息,各型鱼雷都有对弹道介质变化的检测系统。它的利用可通过安装在鱼雷上的一次性水激活电池和电动机构的启动来实现。鱼雷入水后,水激活电池激活并启动发动机,发动机工作使鱼雷产生推力并带动发电机工作,开始向引信供电。水激活电池激活后可以在放电负载条件下产生一定的电压,引信中的控制电路可以通过对该电压的检测,将入水的物理信息转化为电信息加以利用。

4)水静压力信息是各国鱼雷引信安全系统中利用率最高的一种环境信息。它不仅具有典型的鱼雷弹道环境特点,而且便于识别,通用性很强。

鱼雷从入水到预定搜索深度的过程包括俯仰抑制、按一定角度下潜和拉平三个阶段。水静压力产生的信号在不同阶段的幅值、宽度和时序不同,均可由识别电路进行识别。其中幅值识别较简单,通过压强幅值即可判断鱼雷是否达到解除保险的预定深度。引信安全系统对水静压信息的识别一般多通过静压传感器实现,该传感器为静压开关组件,水压通过引信壳体上的密封门作用在静压弹性元件上,当鱼雷下潜达到预定深度时,组件内部机构运动,解除保险;同时,也可以采用另一种压力传感器,通过它对水静压力信息的识别,将此信息转化为电信息,并把电信息引入到控制保险机构的开关电路中,实现水静压力信息启动保险的功能。

5)水动压力信息具有很强的通用性。在对其进行分析时,应把它从鱼雷所有的发射条件中分离出来,作为鱼雷特有的航行环境信息,在引信安全系统中建立一道独立可靠的保险。它的利用可以通过流速传感器对鱼雷航速的检测来实现。

鱼雷航速的测量实际上是鱼雷运动时雷体对感受到的海水相对流速的测量,其原理如图2所示。

图2 流速测量原理图Fig.2 Basic diagram of f low velocity measure

水流通过引信壳体上的斜形槽时,分别流入槽中的静压管路和滞留压管路。通过测量管路中水静压和滞留产生的动压的压差,即可获得流速信息。

6)螺旋桨转动信息是通用性很强的环境信息,能很好地实现定距,对它的利用可以通过鱼雷螺旋桨的转动圈数与鱼雷航行距离相对应的方式来实现。

螺旋桨转动信息是不可逆的,且尾轴转速与航程之间的联系较合理,作为安全距离信号较准确和可靠;可通过引信的控制电路对达到预定航行距离所需的脉冲计数进行识别。

7)目标信息主要是利用制导系统获得目标参数并进行处理后向引信安全系统发出的控制指令。利用目标信息,引信可实现目标基解除保险的安全设计模式,是一种通用的环境信息。

实现目标信息的识别可以有两种方法:一种是鱼雷上的探测装置直接获取目标的物理信息(热能、电磁场等),经过处理输出电信号给引信安全系统;另一种是引信通过对接收目标反射的物理信息(光波、声波等)处理后获得。

这7种环境信息仅从其特点分析,是鱼雷全弹道上必须经历的,都具有普遍性和通用性,但结合识别方式分析,其通用性就有明显差别。针对脱离载体、发射过载、入水信息和目标信息提出的识别方式仍存在较多困难,仅是理论层次;而水静压力、水动压力和螺旋桨转动三种信息不仅其识别方式较简单,而且工艺也相对成熟,是鱼雷引信安全系统的通用环境信息。

3 例证

作为世界上鱼雷引信技术的强国,俄罗斯和美国一直都在致力于本国鱼雷引信安全系统的通用环境信息研究,而且已经研制出多种利用通用环境信息的鱼雷引信安全系统。

俄罗斯的T3CT-71鱼雷引信,采用水静压力和螺旋桨转动两种通用环境信息,设计了以静压传感器和航程机构为信息识别装置的安全系统。

俄罗斯的53-65K3鱼雷引信利用螺旋浆转动信息,在安全系统中设计了叶轮装置。

美国的MK46鱼雷引信安全系统设计了静水压波纹管组件,用来感受水静压力信息,如图3所示。

图3 MK 46鱼雷引信静水压波纹管Fig.3 Hydrostatic bellows of MK 46 torpedo fuze

美国的反鱼雷鱼雷项目(CCAT)中,引信安全系统通过采用流速传感器对水动压力信息进行识别[7-8],如图4所示。

图4 反鱼雷鱼雷引信流速传感器Fig.4 Flow sensor of CCAT fuze

俄罗斯和美国鱼雷引信安全系统在环境信息利用上的实例证明了水静压力、水动压力和螺旋桨转动信息作为通用环境信息被识别利用切实可行。

4 结论

鱼雷在不同发射平台、不同发射方式下,伴随有多种环境信息的产生,对这些环境信息的分析,可以得出其中通用性最强的是水静压力、水动压力和螺旋桨转动信息。它们不仅能够独特地表明鱼雷的工作状态,在勤务处理时无法意外产生,而且易于与安全系统接口,信息识别比较简单。通过俄、美等国的实例证明了水静压力、水动压力和螺旋桨转动信息作为通用环境信息被识别利用是切实可行的,为实现鱼雷引信安全系统的“三化”,提供理论依据。

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