由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制

【装备理论与装备技术】

由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制

王方,徐蓬朝

(西安机电信息技术研究所,西安710065)

摘要：针对现有引信自适应延期起爆方法复杂度、成本较高或无法计算弹丸的出靶速度造成炸点散布较大的问题，提出了由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制；该方法是引信根据薄、厚双簧片阈值开关侵彻过程中的动态响应信息计算弹丸的出靶速度，根据出靶速度设定引信延时起爆时间；仿真计算和外场试验表明设计的双簧片阈值开关可以满足一定范围内炸点自适应起爆控制，炸点可满足战标要求。

关键词：引信；自适应；起爆控制；炸点；阈值开关

收稿日期：2015-06-27

作者简介：王方(1983—)，女，工程师，主要从事机电引信研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.09.011

中图分类号：TJ43

文章编号：1006-0707(2015)09-0041-04

本文引用格式：王方,徐蓬朝.由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制[J].四川兵工学报，2015(9):41-44.

Citationformat:WANGFang,XUPeng-zhao.AdaptiveDelayControlonTargetSpeedEstimatedbyDual-ThresholdSwitch[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(9):41-44.

AdaptiveDelayControlonTargetSpeedEstimated

byDual-ThresholdSwitch

WANGFang,XUPeng-zhao

(Xi’anInstituteofElectromechanicalInformationTechnology,Xi’an710065China)

Abstract:Targeting at such problem as high spread of burst point caused by complexity of fuse-detonating method for existing adaptive delay, higher cost or imponderable target speed, therefore, adaptive delay control on target speed estimated by dual-threshold switch was proposed. This method was to calculate the projectile’s target t speed on the basis of the thin and thick double reed during the penetration process of threshold switch. The simulating calculation and field test show that the designed double reed threshold switch can satisfy the burst point’s adaptive control from a certain range. Also, the burst spot meets the standard requirements.

Keywords:fuse;self-adaption;burstcontrol;burstpoint;thresholdswitch

目前，用于攻击硬目标的导弹触发引信大都采用延期起爆模式，实现导弹战斗部在侵入目标内部后作用[1]。按延期方式可分为固定延期和自适应延期[2]。自适应延期方法如机械式卸载敏感机构早已在制式引信中应用，但是适用范围较窄，对于稍厚的墙无效。目前，加速度传感器在硬目标灵巧引信上已经应用，但存在一定的缺点，比如引信复杂程度高、计算信息量大、成本较高[3]。212所研制了磁电机自适应延期引信，该引信对不同厚度目标炸点散布过大。本文针对上述情况，提出了由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制。

1现有引信自适应延期方法及不足

目前，国内外研制的硬目标灵巧引信利用加速度传感器全程探测侵彻目标过程中引信的加速度信息，并将其发送给过载识别电路对目标的性质、侵彻状态进行识别。然而，目前加速度传感器也存在一定的缺点，比如使引信的复杂程度大大提高，对传感器性能要求较高；单片机要不断地收发、计算和判别传感器实时发送过来的信息，计算量增大；引信成本升高。

212所研制了磁电机自适应延期引信，该引信工作原理为在攻坚弹碰靶时，磁电机的磁芯切断支撑片向前运动，由于磁通量的变化使电势线圈磁场发电，给延期电路供电。但因目标厚度不同，弹体碰目标后速度降不同，造成炸点散布过大。

文献[4]中介绍了基于薄/厚目标识别开关的引信自适应延期方法，该方法利用薄厚目标识别开关对薄厚目标的反应给出两种不同的信号，延期起爆电路根据两类信号给出两种不同的延期时间。该方法仅对厚度200mm以下和400mm以上厚度的混凝土目标能够进行自适应起爆控制，对薄目标和厚目标之间存在识别盲区，在该盲区内引信炸点散布较大。此外，该方法无法判别弹丸的侵彻状态，也不计算弹丸的出靶速度，因此无法对炸点进行精确计算。

2由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制

由于工程实用中受单片机计算速度的限制，且战斗部针对几种典型厚度的靶板，阈值开关在设计时只采用了两个簧片开关。结构如图1所示。簧片1为薄簧片，簧片2为厚簧片。

设计时，当簧片位移下降1mm时，开关闭合导通。薄簧片开关所对应的引信过载值为a1=2 000 g，厚簧片开关所对应的引信过载值为a2=8 000 g。由于薄簧片g值较小，所以薄簧片闭合瞬间我们认为侵彻开始，当开关完全断开并超过500μs时，引信认为过载结束，不再识别。t1、t2为两个阈值开关在侵彻过程中的闭合时间，用单片机采样并保存。

如图2所示，用过载曲线两个阈值点下的台阶形面积来估算侵彻过程速度降，则出靶速度为

Vt=V0-[a1t1+(a2- a1)t2]

(1)

式中：Vt为靶后剩余速度;V0为侵彻前速度。

若预设炸点为L，则引信自适应延期时间为

t = L/Vt

(2)

在编写软件程序时，可把式(1)、式(2)编成独立的子程序，供主程序调用。当簧片完全断开时，引信启动延时的起点。根据实测的过载时间t1、t2，由式(1)子程序可估算出弹丸的靶后余速Vt。根据计算出弹丸余速的大小，引信通过式(2)子程序自动调整延时起爆的时间，使引信能够实现自适应延期控制。

图2　侵彻过载曲线

3实验验证

3.1簧片抗力测量

实际工程应用时，在部件装配前需要对阈值开关进行筛选，主要为两种簧片的抗力筛选。由于簧片尺寸小、重量轻，其抗力容易受到自身参数影响，特别是在热处理工工艺环节，很容易使得簧片的抗力出现超差现象；簧片的形状、弹性随着储存时间也会产生一定的变化；另外，簧片抗力会受到装配工艺的影响。

装配完成之后，用专用抗力测试仪检验簧片顶端产生1mm挠度时的抗力。簧片1的抗力F1散布在[0.04，0.06]N，簧片2的抗力F2散布在[0.35，0.53]N。

3.2仿真分析

仿真计算采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件[5]，数值计算平台为Ф72mm试验弹，预设炸点靶后4m。根据实体弹外形，模拟以400m/s的速度垂直侵彻0.5m厚度的C18混凝土靶时阈值开关的动态响应。

建模时对阈值开关进行了简化处理，仅保留了两类簧片开关、基座和铆钉，其有限元模型如图3所示。

图3　阈值开关的有限元模型

簧片的材料为铍青铜[6]，选用材料模型为随动塑性模型。仿真得到两类簧片开关的位移量，根据位移量分析开关的闭合状态，理论上，当簧片位移下降1mm时，开关闭合导通。弹体侵彻过程中，开关闭合状态如图4所示。

图4　簧片开关闭合状态

图5为薄簧片的位移曲线，图6为厚簧片的位移曲线。

图5　薄簧片位移曲线

图6　厚簧片位移曲线

仿真结果表明：在弹体侵彻过程中，两类簧片均能闭合。闭合时，簧片触点产生强烈的碰撞，引起簧片触点反弹致使开关闭合不可靠，即产生一定的机械抖动现象。其中，薄簧片在200μs时开始闭合，2.10ms时完全断开闭合状态，整个侵彻过程中闭合时间较长，约为1.75ms；厚簧片在190μs时开始闭合，1.65ms时完全断开闭合状态，整个侵彻过程中闭合时间较短，约为1.20ms。

引信在识别阈值开关的过载信息时认为：弹体侵彻目标时，簧片开关闭合，单片机获取过载时间的起点；当开关完全断开超过500μs时，引信认为过载结束，不再识别。仿真计算结果表明，弹体出靶速度为264m/s。

根据式(1)可知，单片机计算弹体出靶速度为

V1=V0-[a1·t1+( a2-a1) ·t2]=

400-(2×104×1.75×10-3+6×104×

1.2×10-3)=292 m/s

由式(2)可以计算得出：引信实际计算炸点为靶后3.62m，与预设炸点(靶后4m)仅相差0.38m左右，理论上不影响战斗部的毁伤效果。

3.3试验验证

3.3.1动态测试试验

外场试验时，引信为测试引信，记录并存储测试阈值开关响应信息，弹丸采用Ф72mm试验弹。实测弹速417m/s，靶板抗压强度18MPa，弹体垂直侵彻靶板。外场试验高速录像表明弹丸穿靶后余速为277m/s。由靶场回收的引信阈值开关信号波形图如图7所示。

图7　阈值开关响应图

试验数据分析结果表明：薄簧片开关闭合时间为1.71ms，厚簧片开关闭合时间为1.25ms，引信实际计算弹丸余速为308m/s，炸点为靶后3.58m，与预设炸点(靶后4m)仅相差0.42m左右。

3.3.2动态发火试验

动态发火试验时，引信为全备引信，弹丸采用Ф72mm试验弹，预设炸点为靶后4m。混凝土靶厚度分为0.3m、0.5m、0.8m等3类，靶板抗压强度分为18MPa、23MPa两类。试验结果汇总如表1所示。

表1　试验结果汇总

综上，仿真计算和外场试验表明设计的双簧片阈值开关可以满足一定范围内炸点自适应起爆控制，炸点可满足战标要求。

4结论

本文提出了由双阈值开关估计出靶速度的自适应延期控制。该方法是引信根据薄、厚双簧片阈值开关侵彻过程中的动态响应信息计算弹丸的出靶速度，根据出靶速度设定引信延时起爆时间。仿真计算和外场试验表明设计的双簧片阈值开关可以满足一定范围内炸点自适应起爆控制，炸点可满足战标要求。不足之处，簧片的弹性会受到加工工艺、装配工艺和储存时间的影响，而且在工程应用时仅采取了两组簧片开关，使得引信对靶板的炸点存在一定的散布。

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(责任编辑周江川)