不敏感弹药对引信技术的要求内涵

邹金龙，雷雅茹

(1.机电动态控制重点实验室，陕西 西安 710065；2. 西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)



不敏感弹药对引信技术的要求内涵

邹金龙1，雷雅茹2

(1.机电动态控制重点实验室，陕西 西安 710065；2. 西安机电信息技术研究所，陕西 西安 710065)

摘要:为促进不敏感弹药引信相关技术发展，在综述不敏感弹药技术国内外发展情况，国外不敏感弹药评估的相关试验与要求的基础上，分析了不敏感弹药对引信要求的内涵，主要包括使用不敏感传爆药剂、采用泄压结构、研究新型起爆技术、抗殉爆包装等要求。初步的可行性分析表明：通过研究可以使引信满足不敏感弹药的要求。

关键词:弹药；引信；不敏感；安全性

0引言

弹药库房、大型舰艇等重要设施，由于意外发生火灾或受到敌方打击酿成的重大灾难，往往不是这种外部因素直接造成的，而是由于这些外部因素诱发了弹药的连环爆炸。

1967年和1973年的两次中东战争都发现，坦克的主要毁伤原因是坦克装甲被穿透后，坦克自身弹药仓内的弹药发生殉爆造成的。在伊拉克战争中，坦克被命中后，弹药殉爆而使坦克炮塔被掀飞的场面屡屡出现。1982年英阿马岛战争中，英国的“谢菲尔德”号驱逐舰被阿根廷1枚“飞鱼” 导弹击沉，就是由于舰上弹药发生殉爆而致。

1967年，在东京湾基地进行正常作业的美国“福莱斯特”号航母，由于甲板上的一枚机载火箭弹意外点火，引起燃烧和爆炸，死亡134人。1969年，美国“企业”号航母上，火焰烤燃了弹药引起爆炸，造成了大量人员伤亡和巨大财产损失。进入21世纪后，类似的灾难仍然时有发生。

欧美等发达国家首先注意到了这一现象，开始考虑如何降低弹药对于加热、撞击、弹药攻击等剧烈的外界刺激的敏感性，以提高作战人员、武器装备的生存能力。不敏感弹药(IM-Isensitive Munition)就是指具有对加热、冲击、爆轰等外界刺激不敏感或在这种外界刺激下不会引起强烈反应的弹药。

不敏感弹药带来的好处也已在实战中得到验证。2009年9月12日，美国一辆防地雷反伏击车在阿富汗巡逻时被一枚威力强大的简易爆炸装置击中。简易爆炸装置炸裂了车体和油箱，并使车内燃起大火。车内弹舱装填的16枚M768式60 mm迫击炮弹因采用不敏感弹药设计，在袭击中没有被引爆，成功挽救了车内7名乘员的生命[1]。

显然，不敏感弹药要求不仅仅是对战斗部的要求，作为弹药的重要组成部分，引信也应满足不敏感弹药要求[2]。但是，目前引信行业在不敏感弹药方面的研究仍未起步，在相关设计与试验规范、评价体系等方面尚属空白，大大落后于战斗部行业的研究水平。为促进不敏感弹药引信相关技术发展，本文分析了不敏感弹药要求对引信技术要求的内涵。

1不敏感弹药概况

1.1国内外发展概况

作为早期的不敏感弹药技术研究，美国很早就注意到火炮发射的安全性，并开始研制低易损性(LOVA)发射药。国际社会对不敏感弹药的关注则可以追溯到1984年，随着弹药和炸药安全和适用性问题的提出，北约不敏感弹药信息中心(NIMIC)于1988年在美国成立。NIMIC最初由法、荷、挪、英、美国参加的五国备忘录提供资助，1991年在布鲁塞尔建立了永久性组织。加、意、葡、西、澳等6国家后来也相继参加，到1994年，NIMIC已得到全部北约伙伴的同意。2000年2月，芬兰、瑞典、丹麦等非北约国家也相继加入。2004年12月，该组织改名为弹药安全信息分析中心(MSIAC)，老牌军事技术强国——德国在2005年10月才被批准加入该组织。

目前，不敏感弹药技术已经在很多类型的弹药中得到广泛应用。据NIMIC组织介绍，有关不敏感弹药的规范是从1988年开始应用的，其北约标准化协议在1998年颁布，并通过配套文件提供了一套评估和试验的方法体系。到现在为止，该规范已经被12～15个国家批准。

2001年12月12日，美国国会立法促进不敏感弹药的研制。美国国防部长办公室在此推动下，开始整合不敏感弹药研究，以国防部最高层名义发布的一系列指令，逐步形成动态的、高度协调的《不敏感弹药大纲》。《不敏感弹药大纲》规定军方必须支持不敏感弹药技术研发，并提供资金，并为每项弹药和不敏感弹药技术研发工作编写《不敏感弹药工作计划与里程碑》。2007年启动了联合不敏感弹药技术项目(JIMTP),制定了《不敏感弹药战略规划》，确定了技术需求和重点。美国国防部2011/2012财年确定要采购的弹药中，总共有772种不符合不敏感弹药要求，其中141种被项目执行办公室列为主要弹药，在这些弹药中，又有124种弹药的部分部件需要在联合不敏感弹药技术项目中进行改进。

不敏感弹药技术作为一项系统工程，不仅仅局限于不敏感炸药的研制，同样涉及战斗部设计与引信设计。在不敏感弹药引信技术方面，国外也已开展了相应的工作，美国近几年的引信年会，几乎每年都会有涉及不敏感弹药引信技术的论文，包括典型引信的不敏感弹药改造方案、极不敏感爆炸物起爆技术、不敏感弹药引信传爆序列设计等领域的研究内容。2011年启动的联合引信技术项目(JFTP)，其中专门有一个研究方向是“用于各种武器的先进引信起爆技术”，主要开展的就是不敏感弹药引信的起爆技术。

国内已经开始重视不敏感弹药的研究工作，在某些高价值武器上，已经提出了不敏感弹药的相关要求。如某反舰导弹的鉴定试验中，已经加入了快烤、慢烤、子弹打击、破片打击、殉爆等试验项目。但是，引信的不敏感弹药要求尚未提到议事日程，也尚未开展相关技术的研究。

1.2不敏感弹药试验

不敏感弹药的评估在国外已经有一整套试验规范，各国的标准略有不同，北约STANAG4439规定了六项试验，分别为快烤STANAG4240、慢烤STANAG4382、子弹撞击STANAG4241、破片撞击STANAG4496、殉爆STANAG4396、射流冲击STANAG4596[3]

1)快速加热(FH)或快速烤燃(FCO)

是指弹药完全被吞噬在碳氢燃料燃烧中，如弹药库失火、或飞机/车辆燃料失火。一般来说，是指温度超过800℃、持续20分钟的燃烧。

2)慢速加热(SH)或慢速烤燃(SCO)

是指弹药被远距离热源加热，如临近弹药库、仓库、车辆着火。是以3.3℃/h的恒定加热速率加热，直到弹药发生反应。

3)子弹撞击(BI)

是指弹药受1～3颗12.7 mm速度400-850 m/s的穿甲弹撞击。

4)破片撞击(FI)

是指弹药受到速度为2 600 m/s的15g钢破片或速度为2 200 m/s的65g钢破片撞击。

5)殉爆反应(SD)

是指弹药受相邻弹药爆炸作用。

6)射流冲击(SCJ)

是指弹药受直径为85 mm聚能装药射流冲击。

1.3对不敏感弹药的要求

在各种外部刺激下，对弹药的反应定义了六个等级：

Ⅰ类反应——爆轰：是最猛烈的反应类型，含能材料以超音速分解，产生冲击波。

Ⅱ类反应——部分爆轰：部分含能材料以超音速分解。

Ⅲ类反应——爆炸：含能材料以亚音速分解，不产生冲击波。

Ⅳ类反应——爆燃

Ⅴ类反应——燃烧

Ⅵ类反应——无反应

目前，北约对不敏感弹药的要求如表1所示，不排除以后会提高要求。

表1　对不敏感弹药的要求

1.4北约不敏感弹药标准对引信的要求

上述北约标准STANAG4439、STANAG4240、STANAG4382、STANAG4241、STANAG4496、STANAG4396、STANAG4596规定了不敏感弹药的要求及评估试验方法，其适用对象为“非核弹药”，很显然也适用于引信，这点可以从和该系列标准配套颁布的AOP-39《不敏感弹药评估和研发指南》中看出，该指南中明确指出了对“不敏感弹药引信的要求”，包括如下内容：

1)满足STANAG 4187引信安全性设计要求；

2)满足STANAG 4439不敏感弹药要求；

3)不降低系统的不敏感弹药特性；

4)在其设计模式下，有效引爆弹药。

2不敏感弹药标准对引信要求

2.1对标准的分析

分析北约标准的要求，其中：

1)就是引信传统的安全性设计要求，相当于美军标MIL-STD-1316或GJB 373的要求，是“在生产、勤务处理、装填、发射直至延期解除保险前，防止引信意外解除保险或爆炸的特性”，这里的“意外”是指引信在跌落、振动、磕碰等常规操作及弹药发射环境下引起的不正常反应，不含燃烧、子弹撞击等更激烈的外部刺激。

2)规定了引信在受到快烤、慢烤、子弹撞击、破片撞击、射流冲击、相邻弹药爆炸等极端外部刺激下，引信的反应程度。

3)就是对平时引信安装到战斗部上的整装弹，在进行不敏感弹药试验时，不能降低战斗部原有性能的不敏感弹药特性。

4)就是指引信在正常起爆时，能可靠起爆战斗部的不敏感主装药。

尽管STANAG 4187和STANAG 4439均属于对引信的安全性要求，但是两者有极大地差异，他们的不同之处如表2所示：

2.2对不敏感弹药引信要求的内涵

分析不敏感弹药六项试验要求以及引信的特点，满足不敏感弹药要求的引信设计主要应考虑如下内容：

1)感度适当的导爆药及传爆药

导爆管及传爆管含能材料的选择应考虑使用合适的导爆药与传爆药，提高含能材料自身对极端刺激的耐受能力，尤其是延缓快烤、慢烤条件下的药剂反应速度。另一方面，引信用不敏感导爆药、传爆药，除了应具有不敏感特性外，还需要能可靠起爆战斗部中的不敏感主装药，其特性和主装药用的不敏感炸药存在差异，需要专门研制。

2)泄压设计

弹箭引信很多是和战斗部整装的，即使未来不敏感战斗部考虑了泄压设计，但是在快烤、慢烤试验中，仍然有可能在战斗部装药没有喷出前，引信传爆管由于长时间烘烤引起爆炸，进而引爆战斗部主装药。引信必须考虑泄压设计。

3)不敏感炸药的可靠起爆

随着主装药大量采用不敏感炸药，传统的传爆序列及传爆方式将很难起爆战斗部，必须尽快开展不敏感炸药的起爆技术研究。

4)防殉爆包装

考虑到还有很多引信采用分装方式，一个包装箱中数发或十几发引信的同时爆炸也具有极大的危害，还有可能引起附近弹药的连锁反应，因此引信的包装设计必须考虑殉爆反应的要求。

对于子弹、破片、射流冲击等极端刺激，一方面由于引信尺寸较小，被击中的概率较低，另一方面，和战斗部相比引信壳体强度一般较低，被破片等击中后往往引信壳体已经破坏，可以泄放大部分爆炸或爆燃的能量，不容易引爆战斗部主装药，可以暂缓考虑。

表2　标准STANAG 4187和STANAG 4439对引信要求的差异

3可行性分析及建议

3.1导爆管及传爆管含能材料的选择

目前我国常用的导爆药和传爆药有聚黑-14、聚黑-6、聚奥-9、聚奥-10和钝黑-5等，这些材料已经通过了GJB-2178八项安全性试验，可以适应常规的各种冲击和热刺激。但是这些传统导爆药和传爆药已经不能满足STANAG 4439规定的六项试验的要求，必须研制适应不敏感弹药要求的新型导爆药和传爆药。

2006年，美国启动了旨在改进“海德拉”70 mm火箭弹不敏感弹药性能的“通用引信”计划[4]，以替换原装备的M433侵彻引信，其主要改进内容就是用PBXN-5炸药替换了原引信中的导爆药和传爆药，如图1(a)所示。挪威Nammo弹药厂2008年开始研制的空爆榴弹引信，也采用了不敏感弹药设计方案，其引信的传爆药采用PBXN-5炸药，榴弹主装药采用PBXN-9炸药，如图1(b)所示。2009年，美国对装备的M67和ASM手雷开展了不敏感弹药适应性研究，其主要内容就是更换主装药和改造引信，将手雷的主装药从B炸药更换为PBXN-109炸药，用PBXN-5炸药代替原M213引信中的C70雷管(主要是叠氮化铅+黑索金)，如图1(c)所示。

图1　国外不敏感弹药引信中的导爆药与传爆药Fig.1　Detonating medicine and booster of foreign insensitive ammunition Fuze

3.2泄压设计

尽管引信采用了对热、冲击刺激反应温和的不敏感炸药，但是，在烤燃试验中，如果没有适当的泄压通道，导爆管或传爆管中炸药的燃烧最终还是要转化为爆炸甚至爆轰，可能引爆战斗部。

对整个战斗部系统(包括战斗部和引信)，国外采用了多种泄压设计方案。如图2(a)所示，北欧弹药公司研制的70 mm火箭弹多用途侵彻战斗部，在战斗部壳体周围有开了12个圆孔，平时用塑料圆块堵住，如果受到燃料火焰攻击，战斗部内的炸药燃烧形成的压力就会推开塑料圆块释放压力，装药不会发生爆炸。如图2(b)所示，美国手雷引信不敏感弹药改造的另一个措施就是将引信弹口螺纹的材料改为易熔金属[5]，当手雷受到燃烧攻击温度超过240℉时金属熔化，主装药化学反应产生的压力将引信推出，释放弹体内的压力，避免主装药发生爆炸等剧烈反应。

图2　国外不敏感弹药泄压方案Fig.2　Foreign Pressure relief scheme for IM

上述措施均是为了避免战斗部主装药在烤燃试验中产生爆炸等剧烈反应而采取的措施，并不能实现引信装药的泄压。整装弹药受到燃烧攻击时，如果引信内装药的反应快于战斗部主装药的反应，在战斗部还未将主装药产物或引信推出前，引信内装药的燃烧由于压力不断上升转化为爆轰，由此引爆主装药，使得弹药系统仍然不满足不敏感弹药要求。因此，引信自身的泄压设计也是不敏感弹药设计需考虑的措施，这方面还未见国外相应的报道，应该引起我国未来引信设计的重视。

3.3不敏感炸药起爆技术

随着不敏感炸药的使用，在提高安全性的同时，也大大增加了起爆难度，必须研究新型起爆技术。美国已经在其联合引信技术项目(JFTP)中安排了多项相关研究项目，安排了未来PGK引信中应用的可起爆IMX-101不敏感炸药的传爆序列研究，近几年公布的美国专利也有相关的报道。

美国专利中提出了一种满足不敏感弹药要求的引信传爆序列设计方案[6]，基本思路是采用多重隔爆设计，具体可通过以下两种方法实现：

方法一：是加长导爆通路(如图3(a)所示)，并沿其长度方向上分别放置多个传爆药柱。各传爆药柱放人隔爆板上的孔中，平常处于相互隔离的状态，当需要起爆战斗部时旋转各隔爆板，使所有传爆药柱处于对正状态。传爆药柱的装药直径可以逐级增大，但没有哪个单个传爆药柱有足够的能量起爆主装药。只有当所有传爆药柱共同作用时才具备起爆主装药的能量。该设计保证了在受到意外刺激时，传爆药柱不会共同作用，从而阻断起爆能量向主装药传递。

图3　不敏感炸药起爆的多重隔爆传爆序列Fig.3　IM multiple boosting interrupter and explosive trains

方法二：是在隔爆板上设计多个安放传爆药柱的孔，其内的传爆药柱相互隔离，且与各自起爆雷管处于非对正状态(如图3(b)所示)。正常解除保险时，旋转隔爆板，使所有传爆药柱与相应起爆雷管对正。与第一个方法类似，单个传爆药柱没有足够的能量起爆主装药，只有所有传爆药柱同时作用才具备足够的能量。当引信受到意外跌落、被火加热等意外刺激时，虽然有可能使单个传爆药柱起爆，但由于能量不够大，因而不会起爆主装药。

另外，美国海军正在探索极度不敏感物质(EIDS)的多点同步阵列起爆技术[7]，多点同步起爆时，多个爆轰波发生对撞，碰撞点的超压峰值可达正常爆轰波超压的2倍以上，易于引爆不敏感炸药，如图4所示。

3.4引信包装设计

分装型弹药的引信往往是单独包装的，而且一个包装箱一般装有多发引信，一个完整的引信包装，也应满足不敏感弹药的要求。这时，可以采用在包装箱外部涂覆隔热涂料或在内部设置隔热层延迟烤燃反应；可以在引信周围设置机械挡板减小冲击刺激；另外，引信包装也应设计排气系统，以避免引信受热及冲击刺激后引起的燃烧等温和反应转化为爆炸、爆轰等剧烈反应。包装状态下的引信是殉爆反应需考虑的主要对象，引信及包装箱的设计应考虑在包装状态下不会因单个引信的爆轰引起包装内其他引信的起爆。

图4　极度不敏感物质多点同步起爆技术Fig.4　EIDS multi-point synchronous initiation technology

德国容汉斯开展了包装状态下的引信不敏感弹药特性实验研究[8]，分别对该公司生产的提供给德国和荷兰的两种包装的DM84多选择引信(如图5)进行了STANAG4439规定的6项试验，两种包装在快烤和殉爆两项试验中表现了不同的反应，证明了包装设计对不敏感弹药特性的影响。

图5　容汉斯公司开展了带包装引信的不敏感弹药特性研究Fig.5　Junghanns IM fuze packaging reaearch

3.5不敏感弹药对抗技术

不敏感弹药要求的提出，主要是为了减轻勤务处理时意外事故带来的损失以及作战时受到攻击时的二次灾害。实际上，不敏感弹药在攻击时也有极大的好处，可以大大提高抗反击能力。如对抗反舰导弹时，各国均把小口径多管炮作为近程防御的重要手段。但是装备了不敏感弹药的反舰导弹，不管用什么样的现有弹药都难以直接引爆，而在1千米左右的距离上，小口径炮弹也基本不能改变来袭弹的方向。因此，如何在近距离对抗不敏感弹药，必须从引信对抗、弹药对抗的角度进行全新的研究。

3.6关于加快发展的建议

不敏感弹药技术是关系到部队日常及训练、作战生存能力的一项关键技术，不敏感弹药技术也绝不仅仅是火炸药、战斗部专业的事，引信作为弹药的重要组成部分，是影响弹药不敏感性能的重要因素，尽快开展引信不敏感弹药技术的研究，将对提高弹药的不敏感性能，提升我军在极端条件下的生存能力具有重要意义。建议重视不敏感弹药引信技术的研究，尽快安排以下研究工作：1)不敏感弹药引信技术的情报研究；2)不敏感弹药对引信的影响分析；3)制定不敏感引信设计规范及评估标准；4)不敏感引信相关关键技术研究。

4结论

本文在综述国外不敏感弹药及其对引信的要求的基础上，分析了对不敏感弹药引信要求的内涵，包括感度适当的导爆药和传爆药、泄压设计、可靠起爆不敏感装药、防殉爆包装等。分析表明，通过新型不敏感导爆药、传爆药的研究，设计具有泄压装置的引信结构，开展新型传爆序列及起爆方式的研究等途径，可以使引信满足不敏感弹药的要求，提高我国弹药勤务处理、训练和作战的安全性，有利于我军武器弹药上台阶。为提高我军弹药的不敏感性能，提出了尽快安排不敏感弹药引信关键技术研究等建议。

参考文献:

[1]张春海.不敏感弹药,让士兵和武器更安全[J].现代军事,2006,2.

[2]2010年世界引信火工品技术发展重大动向分析[Z].中国兵器工业集团第二一○研究所,2011.

[3]国外不敏感弹药标准及相关政策[Z].中国兵器工业集团第二一○研究所,2012.

[4]Robin Klein.Common fuzing for hydra 70 warheads[C]// NDIA’s 52th Annual Fuze Conference,2008.

[5]Carl J Campagnuolo.Insensitive munition solutions for anti-structure munition grenade[C]// NDIA’s 53th Annual Fuze Conference,2009.

[6]美国专利[P].US:7895947B1I.

[7]John Hendershot.NAVY OVERVIEW[C]// NDIA’s 54th Annual Fuze Conference,2010.

[8]J Fitzgerald Smith,I Sahlmann.Insensitive munition tests for artillery[C]// NDIA’s 46th Annual Fuze Conference,2002.

Insensitive Munition Requirements for Fuze Technology

ZOU Jinlong1, LEI Yaru2

(1.Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control Laboratory, Xi’an 710065, China;2. Xi’an Institute of Electromechanical Information Technology, Xi’an 710065, China)

Abstract:In order to promote the insensitive ammunition fuze technology development, On the basis of technology development of domestic and foreign insensitive munitions relevant tests and requirements, this paper analyzes isensitive munition requirements for fuze technology, including the use of insensitive booster agent, pressure relief structure, new initiation technology, anti-detonation packaging requirements. Preliminary feasibility analysis showed that: fuse can meet the requirements of insensitive ammunition, through special design.

Key words:munition; fuze; insensitive; safety

中图分类号:TJ430.1

文献标志码:A

文章编号：1008-1194(2016)01-0001-06

作者简介:邹金龙(1965—)，男，江苏无锡人，研究员，研究方向：引信技术。E-mail:zoujl212@aliyun.com。

*收稿日期:2015-10-28