某投掷式干扰机的结构设计

胡唐生

(中国电子科技集团公司第三十六研究所， 浙江 嘉兴 314000)

某投掷式干扰机的结构设计

胡唐生

(中国电子科技集团公司第三十六研究所， 浙江 嘉兴 314000)

以炮弹为运载平台将干扰机投掷到目标区需完成炮射、空中开舱、落地、天线展开等系列动作，才能有效地开展后续工作。文中介绍了干扰弹的组成和工作流程，通过仿真分析、优化结构设计、结构设计创新、采用灌封工艺、静态和动态试验相结合等手段，进行工程化设计。试验结果表明，干扰机能可靠有效地工作，达到了设计要求。

干扰机；过载；机械惯性开关；减旋减速伞；拉杆天线

引 言

炮射干扰弹是利用火炮将一次性使用的干扰机投掷到目标区，对敌目标实施干扰的特种弹。采用火炮发射干扰机，是信息化战争和军队数字化建设的一项必备手段，它具有以下优势：1)展开迅速，使用简单灵活；2)抵近干扰，以较小功率达到干扰效果；3)补充其他干扰平台(如车载、机载)受地形、地理和气象条件的限制；4)避免遭敌攻击，减少人员和装备的损失。

文献[1-4]介绍了国内外弹载干扰机的装备现状，西方各国起步很早，美、俄、英、保加利亚等国发展并装备了通信干扰弹。如美国研制出XM982式155 mm远程子母弹，内装4个干扰机；俄罗斯主要研制了3HC30式152 mm高频/甚高频通信干扰弹和BPC系列152 mm超短波无线电干扰弹；保加利亚也装备了BPC-542高频/甚高频(152mm口径、155 mm口径)通信干扰弹和VRS系列干扰弹。目前，国内干扰弹的理论和试验研究都有相当大的进展，性能与国外差距不大。

相关文献资料[1-5]大多是概念、理论、原理和工作流程上的介绍，基本没有涉及工程设计。本文对炮弹运载平台及内装干扰机的设计进行探索，给出了相关技术的实现方法和途径，对其他弹载任务载荷具有一定的参考意义。

1 干扰弹的组成及其工作流程

干扰弹以干扰机作为电子填充物，取代弹内的弹药，主要由弹体、引信、抛射药、船尾和干扰机组成。其工作流程如图1所示，具体过程如下：干扰弹高速离开炮口，飞行至一定高度，引信点火引爆抛射药，产生的冲击力推动干扰机与母弹分离，完成空中开舱。开舱后，减旋减速伞张开。当干扰机扎入地面时，机械惯性开关在撞击力作用下触发闭合，干扰机电源开始供电。获得电流后，电路单元产生一个点火脉冲信号，火工品引爆后产生作动力，弹出拉杆天线，电路单元输出宽带干扰信号，经放大和匹配后由天线辐射出去对目标实施干扰。

图1 干扰弹工作流程

2 干扰机相关技术的实现

2.1 抗过载设计

干扰机需要承受炮射时12 000g过载、空中开舱和落地3个阶段的冲击考验，为了达到抗冲击要求，在设计时采取以下措施。

(1) 建模仿真，比对分析

简化干扰机模型，利用Cosmos软件进行静载荷分析，了解干扰机变形的部位、趋势和最大变形点，如图2所示。采取增加壳体厚度、增大圆弧过度半径，通过仿真比对来优化设计。

图2 Cosmos软件仿真示意图

(2) 选择合适的材料

干扰机本身有严格的重量要求，全部用钢材，经核算重量超标。因此除头锥选用钢材，其余采用铝材。首批摸底试验时，外壳铝材选用了常用铝合金2A12-T4，结果出现变形。为了增加强度，外壳材料改用铝合金7A04-T6，7A04-T6的屈服强度是2A12-T4的1.5倍。

(3) 采用灌封工艺

干扰机内部有空腔，为了提高干扰机整体强度，采用双组分聚胺酯灌封工艺，选择一定的配比和发泡倍率，控制合适的温度和湿度，严格执行每个空间灌封质量的要求。通过灌封工艺处理，干扰机内部空腔被填充，内外成为一体，解决了电子元器件的抗冲击要求，图3是电池组灌封前后的状态。

图3 电池组灌封前后对比

(4) 进行合理设计，减小冲击

为了减少3个阶段的冲击，采用了以下设计：1)干扰机装入母弹时，通过调节钢垫片的厚度，控制干扰机在母弹内部沿轴线方向的窜动，使干扰机与母弹成为一体来抵抗发射时的冲击。2)船尾螺纹设计成四周间断状，其螺纹强度要满足发射时的不脱落和开舱时的易剪切，来缓解干扰机开舱时的冲击。3)干扰机配有减速伞来降低落地速度，头锥设计成圆锥体，使干扰机易于插入地面来减缓冲击。

(5) 试验验证

通过上述设计优化，在强度试验中，取得了满意的结果。我们对炮射前后的干扰机的外径进行了测试，如表1所示，结果表明干扰机基本没有变形。

表1 干扰机外径测试

2.2 落地姿态的控制

干扰机的落地姿态与干扰效果有很大关系，设计时从以下3个方面来考虑。

(1) 控制干扰机的重心和外形

干扰机的重心离头锥的距离与干扰机总长的比值要在一定的范围内。缩小干扰机前段直径，加大后段直径，可增大空气阻力，从而降低干扰机飞行性能，而且有效地规范了干扰机落地的角度。通过核算各组成部分的重量来计算重心位置，整机合拢后，实测干扰机重心能满足设计要求。

(2) 控制干扰机的空中姿态

为了稳定干扰机飞行姿态和提供下降运动的稳定力矩，使干扰机以较大的落角撞击地面，设计了减旋减速伞来控制干扰机的空中姿态和落地速度，提高干扰机下降弹道的稳定性。该伞由伞布和片状金属伞骨组成，如图4所示。伞在母弹内处于收拢状态，外用飘带缠绕，开舱后利用干扰机的旋转解开飘带，伞在旋转离心力和蝶形垫圈产生的弹力作用下自动张开。

图4 减旋减速伞

(3) 控制干扰机的开舱高度

干扰机空中开舱高度对落地姿态有很大影响。文献[5]中提到如果高度小于800 m，干扰机得不到稳定，不能保证正常入土；分离高度大于1 500 m时，干扰机散布范围增大，落点精度降低；1 200 m高处是最佳分离点，最有利于干扰机的定向、减速和稳定着地。其实，开舱高度与风速、风向、射程等因素都有关系，不能一概而论。火炮射击前需要装订射击参数，一般情况下，试验前需试射指示弹来验证装订参数是否合适。

2.3 机械惯性开关设计

干扰机的机械惯性开关落地前要可靠断开，落地后要可靠导通。根据使用要求和干扰机的结构形式，设计了如图5所示的机械惯性开关，由开关芯组件和插针等组成。干扰机装弹前用保险销顶住开关芯组件，使其与插针处于断开状态。开舱后保险销在空中甩出，开关保险解除，落地时在冲击力作用下，开关导通，电源供电。

图5 机械惯性开关结构示意图

2.4 天线设计

天线采用拉杆结构形式，由多节管组成，要求工作时自动展开，展开后最长可至2.7 m，采用火工品爆炸来产生作动力，使天线伸展到位。难点在于：1)各节管的缩口、扩口形式和尺寸精度；2)薄壁管的缩口、扩口的制造技术；3)各节管的间隙控制；4)火工品药量的匹配。通过多批次静态弹射试验、摸索、积累和修正，确定了各频段拉杆天线的结构参数和药量匹配值。试验时拉杆天线成功地承受住了冲击，各节拉杆展开到位，不回缩、不脱落、不折断，天线的收缩和弹射展开的试验结果如图6和图7所示。

图7 拉杆天线弹射展开状态

2.5 热设计

2.5.1 电池的热安全设计

干扰机由锂电池供电。锂电池放电时，电池内阻发热、电极极化发热及化学反应放热等会使电池温度升高。尤其是密闭空间的电池组大电流长时间放电时，内部温度上升更为明显，当温度超过一定限度时，电池可能会出现膨胀、泄露、乃至爆炸等危险[6]。文献[7]通过仿真给出了3种恒流放电情况下电池内部最高温度和放电时间的关系曲线，如图8所示。仿真结论是恒流1.0 A、2.0 A和3.0 A放电情况下，电池温度达到平衡的时间均为2.5 h左右，2.0 A的温升为3.4 ℃。

图8 3种恒流放电情况下电池内部最高温度和放电时间的关系曲线

针对上述结论，考虑到密闭环境和50 ℃高温工作环境，选择了2.0 A 的锂电池(工作温度范围：-60 ℃～71 ℃)，理论上可计算出电池的最高温度：50 + 3.4 = 53.4 ℃<71 ℃，电池可安全工作。摸底试验表明，在环境温度为50 ℃的条件下，电池组可安全完成放电。

2.5.2 干扰机的热设计

干扰机工作时的散热途径如图9所示。热分析的边界条件为：环境温度50 ℃，外壳的自然对流换热系数7～9W/(m2·K)，热负荷42W，热辐射温度50 ℃，辐射方向为法线方向，黑度0.9(按表面军绿色计)，太阳辐射强度按1 000 W/m2计算。分析中没有包括因接触热阻产生的温升，散热仿真的温度云图如图10所示。仿真结果表明，功率模块的壳温为99 ℃。以某POLYFET功率管为例，其内热阻为0.75 ℃/W，推算其结温为130.5 ℃，可满足设计要求。

图9 干扰机的散热途径

图10 干扰机温度云图

3 结束语

本文描述了投掷式干扰机的工作流程，就所涉及的相关技术进行了研究。文中干扰机是系统概念，涉及到供电单元、信号的产生和放大、信号匹配等电路单元、天线单元、整机结构等，在可靠性上有很高的要求，存在灌封后基本不能维修，难以在岩石、池塘、沼泽地形上工作等问题。另外，本干扰机采用减旋减速伞控制落地姿态，与文献[2]中的消旋翼片和飘带控制不同；机械惯性开关触发控制与文献[8]不同，避免了干扰机空中工作。在落地的控制上可进一步研究，如采用落地扶正机构或不倒翁原理等新思路，改进干扰机对地理环境和落地角度的适应。希望本文能给弹载任务载荷提供参考和借鉴。

[1] 李天刚, 刘立仁, 高聪杰. 炮射悬浮式有源通信干扰弹研究[J]. 兵工自动化, 2008, 27(3): 9-11.

[2] 马建华, 胡治国, 赵剑锋. 通信干扰弹：信息化战场上的致盲武器[J]. 中国尖端武器报道：进攻与防御, 2005(5): 65-67.

[3] 杨帆. 电子干扰炮弹应用展望[J]. 舰船电子对抗, 2007, 30(6): 5-7.

[4] 杨翼, 朱伟. 地面无人传感器投射/部署系统的发展[J]. 电子侦察干扰, 2003(2): 26-31.

[5] 陈军, 杨树兴, 张国庆, 等. 炮射电动无人机总体概念设计方法研究[J]. 北京理工大学学报, 2009, 29(9): 767-770.

[6] 陈玉红, 唐致远, 卢星河, 等. 锂离子电池爆炸机理研究[J]. 化学进展, 2006, 18(6): 823-831.

[7] 欧阳唐文, 张兴娟, 杨春信. 基于CFD的锂电池温度场仿真[J]. 电子机械工程, 2013, 29(2): 14-17.

[8] 邢立新, 高善清, 吴新明. 无线电通信干扰弹射击特点分析[J]. 弹箭与制导学报, 2007, 27(4): 157-159.

胡唐生(1971-)，男，高级工程师，主要从事结构设计工作。

Structure Design of an Expendable Jammer

HU Tang-sheng

(The36thResearchInstituteofCETC，Jiaxing314000,China)

Throwing jammer to target area by using projectile as carrier needs the completion of a series of actions such as gun launching, chamber opening in air, landing and antenna deploying to carry out successive work effectively. The composition and operation process of the expendable jammer are described in this paper. Engineering design includes the means of simulation analysis, structure design optimization, structure design innovation, adopting encapsulation technology, combining static and dynamic tests. Test results show that the jammer can operate reliably and effectively. The design requirements are satisfied.

jammer; overloading; mechanical inertia switch; less spin parachute; telescopic antenna

2013-11-19

TH122

A

1008-5300(2014)02-0033-04