空空导弹引信触发开关地面振动响应对比分析

孙　慧， 刘勇涛

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳　471009)



空空导弹引信触发开关地面振动响应对比分析

孙慧， 刘勇涛

(中国空空导弹研究院， 河南 洛阳471009)

振动环境是空空导弹所经历的最严酷的环境之一,将直接影响空空导弹的结构完整性和工作性能。触发开关作为空空导弹直接碰撞目标时的敏感发火装置,其在各个振动环境下的响应直接关系到全弹性能及弹道安全性。为优化引信结构,降低早炸发生概率,本文对三种不同类型空空导弹引信触发开关地面振动响应进行了对比分析,同时结合有限元仿真计算,提出了较为有利的触发开关安装位置。

空空导弹;振动环境;触发开关;振动响应;有限元仿真;结构优化

0　引　　言

在实战中， 空空导弹一旦挂载在载机上便接近寿命终点， 其在挂飞、 自由飞等工作阶段无法维修， 属于一次性使用的成败性产品， 因此必须保证空空导弹具有足够的环境承受能力[1]。 空空导弹在空中直接碰击目标时， 触发引信的关键动作部件触发开关感受到因碰撞产生的前冲惯性力， 其片簧脱离印制板从而输出点火信号， 可靠起爆战斗部， 完成敏感发火使命[2]。 所以， 触发开关在各振动环境下的响应直接关系到全弹性能及弹道安全性[3]。

近年来， 导弹导引和控制系统技术水平的不断提升， 使得导弹直接撞击目标的概率大大增加， 触发引信的地位也得到了很大程度的提升， 其重要性不言而喻[4-7]。 如何确保空空导弹触发开关处振动响应处于低量级， 最大程度减少触发开关触头与印制板之间的磨损， 保障弹道安全性已成为引信结构设计中的重要环节[7]。

为避免由触发开关引发的引信执行级误动作现象[8]， 有效降低早炸发生概率， 保障弹道安全性。 本文对多型空空导弹引信触发开关地面振动响应进行对比分析， 同时结合仿真数据， 确定较为有利的触发开关安装位置。

1　触发开关振动环境

1.1触发开关原理

某空空导弹用触发开关主要包括夹板、 片簧、 触头和印制板。 片簧一端固定在印制板上， 另一端铆接触头， 并通过预应力使触头可靠接触在印制板上， 保证接触电路导通。 触发开关结构如图1所示，X向为弹轴正向。

图1触发开关结构图

触发开关触头可靠接触在印制板上， 使触发电路处于导通状态； 当弹目碰撞时， 足够大的前冲惯性力使触头克服弹力， 沿X轴正向运动， 触发开关打开， 触发电路断开， 引爆信号输出[2]。 触发开关电路原理图如图2所示。

图2触发开关电路原理图

1.2振动环境

与全弹相同， 触发开关组件装入全弹后， 在寿命周期内经历多项振动环境， 主要包括运输、 挂飞和自由飞振动[1]， 如图3所示。

导弹完成交付试验后， 需要经过公路、 铁路、 水路、 航空等各种运输方式运至仓库、 停机坪甚至是作战现场。 空空导弹由载机携带的过程中所感受到振动称为挂飞振动， 振动时间长且强度较大。 导弹一经发射， 其在空中自由飞行过程中所感受到的振动称为自由飞振动， 大多由气动扰流、 发动机噪声及导弹工作引起。

图3空空导弹经历的主要振动环境

由于空空导弹触发引信在自由飞阶段才加电， 在运输和挂飞阶段均不加电， 因此触发开关在运输和挂飞振动过程中误动作不会引起执行级误动作， 所以本文只针对触发开关在导弹自由飞振动环境下的响应进行对比分析。

2　振动试验

由于空空导弹在空中的振动响应数据难以获得， 所以在地面引信舱段级进行自由飞环境适应性试验。

2.1试验方法

利用空空导弹真实引信， 拆下触发开关， 在不改变其他结构情况下， 在触发开关安装位置处或附近粘接测振传感器。 传感器质量与开关质量接近， 以确保测试结果的真实性。 粘接振动台控制传感器、 夹具控制传感器， 并通过BNC三通， 将传感器接至动态信号分析仪， 并设置合适的传感器类型和灵敏度[9-11]。 自由飞振动谱型如图4所示。

图4自由飞振动谱

2.2安装位置对比

触发开关安装位置示意图见图5～7。 1型和2型空空导弹引信触发开关均安装在引信骨架上， 3型触发开关安装在电路盒平面上。

2.3振动数据对比

1型、 2型、 3型空空导弹引信触发开关地面自由飞振动试验振动量级均取0.5， 引信触发开关安装位置处振动响应曲线如见图8～10， 均方根值(RMS)对比见表1。

图5 1型空空导弹触发开关安装位置示意图图6 2型空空导弹触发开关安装位置示意图图7 3型空空导弹触发开关安装位置示意图

图8 1型空空导弹触发开关安装位置处振动响应曲线

图9　2型空空导弹触发开关安装位置处振动响应曲线

2.4振动数据分析

从表1可以看出， 在振动谱型、 振动量级、 振动方向都相同的情况下， 3型空空导弹引信触发开关振动响应放大倍数明显小于其余两者， 优势明显。 分析原因， 该结果除了与引信结构差异有关外， 触发开关的安装位置起了决定性作用。 3型空空导弹引信触发开关安装在电路盒平面上， 且靠近引信本体周向的固定位置。

表1　三型触发开关安装位置振动响应均方根对比

大胆假设， 安装位置越靠近引信本体的固定位置， 振动放大就越小。 为验证这个假设， 利用Abaqus软件对3型空空导弹引信进行有限元建模， 如图11所示， 利用Random Response模块对其进行随机振动仿真分析[12-15]， 其X向均方根加速度值(RTA)图谱如图12所示。 由图12可以看出， 远离引信本体固定位置处的振动放大最为明显。

图11　3型空空导弹引信有限元模型

图123型空空导弹引信X向RTA图谱

对图7中的四个测试点进行相同振动条件下的测振试验， 试验结果见表2， 与仿真结果基本吻合。

仿真分析结果和实测数据都说明越是靠近引信本体固定位置， 振动放大越不明显[16]， 触发开关应安装在靠近引信本体固定位置处。

表2　3型空空导弹引信测振结果

3　结　　论

本文对三种不同类型空空导弹引信触发开关安装位置处的振动响应均方根值进行了对比分析， 发现引信本体固定位置处振动响应较小， 同时运用有限元仿真手段证明了该结论， 该结论适用于对不同结构形式引信触发开关安装位置的确定，不仅对引信的结构设计与优化具有重要借鉴作用， 而且提高了全弹在振动环境下的弹道稳定性[17]。

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Comparison and Analysis for Ground Vibration Response of
Fuze Impact Switch on Air-to-Air Missile

Sun Hui， Liu Yongtao

(China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China)

Vibration environment is one of the most inclement environment experienced by air-to-air missile, which directly influences the structural integrity and working performance of air-to-air missile. As the sensitive fire device when directly rushed by target, the vibration response of impact switch directly influences working performance and trajectory safety. In order to optimize the fuze structure, reduce the probability of early explosion, the ground vibration responses of three kinds of air-to-air missiles’ fuze impact switch are compared and analyzed, and added by the finite element analysis, an advantageous installation position of impact switch is proposed.

air-to-air missile;vibration environment; impact switch; vibration response; finite element analysis;structural optimization

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.03.014

2015-07-18

孙慧(1986-)， 女， 河南新乡人， 硕士， 工程师， 主要从事机电引信的设计研究工作。

TJ43+1.6

A

1673-5048(2016)03-0062-04