基于滑块继续运动的安全状态可恢复隔爆机构

朱 珊,李豪杰

(南京理工大学机械工程学院,江苏南京 210094)

0 引言

现代战争的发展,要求减少人员伤亡甚至实现零伤亡。从某种意义上讲,引信的安全系统就不应仅仅局限于避免发射周期内完成延期解除保险之前对己方人员及器材的伤害,而要确保引信以及弹药在全寿命周期内对所有非目标对象的安全性[1]。因此,从弹药全寿命安全角度出发,需要研究在攻击出现异常的情况下使引信能够由待发状态恢复至安全状态的实现方法,并且称这种具有状态逆向控制的功能为安全状态可恢复功能。有人曾做过运动可逆式引信安全系统方面的研究,利用步进电机实现隔爆机构逆向运动,从而使引信由待发状态恢复至安全状态[2]。但是,从成本、体积等角度考虑,这种可逆式机构并不一定适合所有场合,为此,本文提出另一种恢复安全状态的途径,基于滑块继续运动的安全状态可恢复隔爆机构。

1 安全和解除保险装置及安全状态

安全和解除保险装置是引信的重要组成部分,它在达到延期解除保险以前,防止由于引信的原因而使弹药主装药发生意外作用,而在解除保险后允许爆炸序列作用。安全和解除保险装置保障引信的隔爆机构和内含能源平时处于保险状态,发射(投掷、布置)后在弹道的某点上,由保险状态向待发状态过渡并最终进入待发状态。由此可知,一般引信安全系统只具有由安全状态转换为待发状态的单向转换的功能,不具备由待发状态恢复至安全状态的功能。因此,现有引信已无法满足我们的使用要求,需对其进行功能扩展,而引信中隔爆机构的基本运动形态主要有滑动和转动两种。属于滑动的有滑块和空间隔爆机构;属于转动的有垂直转子、水平转子和球转子隔爆机构。鉴于滑块式隔爆机构应用比较广泛,在此以滑块为例讨论安全状态可恢复过程。

2 基于滑块继续运动的安全状态可恢复隔爆机构作用原理

伴随新军事变革的需求,一系列高价值弹药不断问世,有力地提升了我军作战能力[3]。这类高技术含量的高价值弹药具有智能化程度高和爆轰威力大的特点,一旦发生误伤误炸现象,将会造成严重的损失。如弹药在接近末端终点时发现目标是己方目标,但由于此时已无法改变引信的待发状态,势必会造成己方人员的伤亡。但由于高价值弹药的智能化发展为引信功能的完善提供了相关可用信息,这为我们研究安全状态可恢复功能提供了有利条件。

具有安全状态可恢复功能的引信工作原理框图如图1所示。

图1 工作原理框图Fig.1 The working principle diagram

当弹药攻击出现异常时,引信接收装置将会收到由地面指挥中心发射的特殊编码或引信自身识别装置可自动识别该异常情况,信号接收处理模块对特殊编码进行处理,得到安全状态恢复指令。该指令控制执行机构动作,可通过释放发火能量等方法使发火控制系统恢复至安全状态,而从其对立面考虑,则可推动解除保险后运动到位的隔爆机构再次运动到达新的隔爆位置,从而使爆炸序列由对正状态恢复至隔爆状态,本文即主要利用后者来实现安全状态可恢复功能。

3 两种设计方案

以地面指挥中心控制的高价值弹药为例进行方案设计,安全状态可恢复系统主要由信号接收处理模块和执行机构等组成。

3.1 小直径方案

以被击针2和电磁锁销7锁住的滑块隔爆机构为例,引信状态图如图2(a)所示,此时引信处于保险状态。发射后,击针抬起,电磁锁销在指令控制作用下回缩,从而释放雷管座。雷管座在滑块簧4作用下左移,抵在滑块固定销10的端部。此时,导爆药6上与雷管3对正下与传爆药5对正,爆炸序列处于对正状态,引信处于待发状态,引信状态图如图2(b)所示。当弹药攻击出现异常时,引信信号接收处理模块解译出安全状态恢复指令,在指令控制作用下引燃拔销器8,拔销器回缩从而释放滑块固定销,滑块固定销在弹簧9作用下下移,释放雷管座。雷管座在滑块簧作用下再次左移,抵到引信体上。此时,雷管与导爆药错位,爆炸序列处于隔爆状态,引信处于安全状态。引信状态图如图2(c)所示。

图2 方案一原理图Fig.2 Schematic diagram of program one

由拔销器、弹簧、滑块固定销组成的安全状态可恢复机构也可由其他指令保险机构代替。

3.2 低厚度方案

安全状态可恢复功能的实现还可不改动原引信结构,而在雷管和导爆管之间添加一个以隔板为核心的可恢复模块,通过可恢复模块以阻断该引信的传爆序列使引信实现安全状态可恢复功能。此可恢复模块控制部分可以采用上述相同方法,平时可恢复模块的中心孔与导爆药对正以利于爆轰传播。现以由滑块固定销7、拔销器9、隔板1和弹簧3等组成的可恢复模块为例开展讨论,安装时将隔板抵在滑块固定销上,解除保险过程中该模块并不动作。当弹药攻击出现异常时,引信信号接收处理模块解译出安全状态恢复指令,在指令控制作用下引燃拔销器,拔销器回缩从而释放滑块固定销,滑块固定销在弹簧8作用下下移,释放隔板。隔板在弹簧作用下左移,弹簧闭锁销4在弹簧的推动作用下插入隔板的孔内将其固定。此时,引信位于隔爆位置,再次处于安全状态。图3为引信解除保险后雷管2与导爆药5对正时的状态(此时可恢复模块尚未作用)。

图3 方案二原理图Fig.3 Schematic diagram of program two

4 可行性分析

3.1 节的方案为了保证足够的起始偏心距,对引信的径向尺寸有一定的限制,而3.2节的方案则会增加引信的轴向尺寸,这两种方案可分别用于轴向尺寸紧张和径向尺寸紧张的场合。它们均是基于原引信机构实现的,在现实应用中需要考虑空间结构的干涉。

方案中的电拔销器完全由电路驱动,且不受任何环境力的影响,在未接收到安全状态恢复指令时不会提前动作,而整个机构亦不会提前动作,故不会影响系统其他组成部分的工作和性能[4]。

与步进电机方案相比,本文设计的以弹簧为核心的滑块式隔爆机构具有体积小、成本低和结构简单的优点,能较方便地对其进行移植。

此处仅提出了一个基于一般引信安全系统开展增加新功能的方案实现,在实际应用中需要依使用要求而定。

5 结论

本文提出了一种安全状态可恢复功能的实现方法,该机构利用滑块继续运动来实现弹药在攻击出现异常的情况下使引信由待发状态恢复至安全状态。理论分析表明:两种实现方案(小直径方案、低厚度方案)具有体积小、成本低和结构简单的优点,可分别用于轴向尺寸紧张和径向尺寸紧张的场合,在一定条件下可行,有一定的参考价值和现实意义。

[1]李豪杰,张河.引信安全系统及其功能范畴探讨[J].探测与控制学报,2006,28(5):4-7.LI Haojie,ZHANG He.Discussion on fuze safety system and Its function category[J].Journal of Detection&Control,2006,28(5):4-7.

[2]张贤彪,尚雅玲,倪保航.运动可逆式引信安全系统定位精度分析[J].探测与控制学报,2009,31(增刊):16-19.ZHANG Xianbiao,SHANG Yaling,NI Baohang.Analysis of the positioning accuracy for a reversing fuzesafety system[J].Journal of Detection&Control,2009,31(S0):16-19.

[3]张晓东,陈红,陈愚.高价值弹药防潮控湿包装设计[J].包装工程,2008,29(6):104-105.ZHANG Xiaodong,CHEN Hong,CHEN Yu.Moistureproof and control humidity packaging design for high-value Ammunition[J].Packaging Engineering,2008,29(6):104-105.

[4]李豪杰.引信环境分析、测试与迫弹引信安全系统设计研究[D].南京:南京理工大学机电工程学院,2006.