西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信发展综述

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(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)

0 引言

20世纪50年代至60年代，西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信设计存在很多问题，如美国M48系列引信和M51系列引信无延期解除保险机构，其炮口保险距离仅为0.2 m；无多道独立环境保险；在大雨中射击时发生弹道炸[1]。为解决这些设计缺陷，自20世纪70年代以来，通过不断改进，西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信发射安全性和弹道安全性得到了较大改善。M739系列引信适用范围广，可应用于105 mm、155 mm、203 mm榴弹炮以及175 mm加农炮、106.7 mm线膛迫击炮武器系统。目前美国和其他西方国家大口径火炮榴弹普遍装备的引信有M739系列引信M557、M572、M739/M739A1，此外还有具备备用触发特性的机械时间引信M582/M582A1和多选择引信M782，其中M739系列引信装备量最大，美国陆军已订购一千万发以上[2]。

20世纪80年代我国引进西方国家技术并生产出了M739引信，且在此技术基础上研制出我国的大口径火炮榴弹弹头机械触发引信系列化产品。国产化的M739引信在跌落测试中曾出现过后坐销未能可靠复位和后坐过载达到30g时解除保险的情况[3]，引信安全性不高。为了更好地完善我国大口径火炮榴弹弹头机械触发引信性能，本文通过搜集与分析国内外相关文献，对M739系列引信及其子系统的发展历程进行了详细研究。

1 西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信产品型号发展过程

1.1 美国M739系列引信

从20世纪40年代的M48系列引信到如今的M739系列引信，美军的大口径火炮榴弹弹头机械触发引信在结构改进方面有很大的继承性[4]。例如引信的瞬发触发机构，一直采用刚性零件支筒作为击针的保险件，靠目标碰击力解除保险，这不但有利于提高瞬发度，而且可靠性较高[5-6]。改变最多的是传爆部件，从M20到M125A1，使引信安全性和可靠性有了很大的提高。表1列出了M739系列引信的发展过程。

表1 M739系列引信产品型号发展历程Tab. 1 The development process of M739 series fuze

M48A3引信如图1所示，它只利用旋转环境解除保险，不包含传爆管和隔爆装置。用M21A4传爆部件与M48A3引信结合，衍生出M51A5引信，如图2所示。M21A4传爆部件实际上是安全和解除保险装置与传爆管的组合。

M51A5引信虽然为隔爆型引信，但是其炮口保险距离主要靠水平转子在离心力作用下转动至解除保险位置的经历时间获得，仅为0.2 m，安全性不足。利用M125A1传爆部件替代M21A4传爆部件研制出的M557引信改善了这一状况。M125A1传爆部件采用无返回力矩钟表机构，水平转子转正运动过程受擒纵机构控制，解除保险时间增长，引信解除保险距离为42～120 m，引信炮口安全性有很大提高。M557引信如图3所示，M125A1传爆部件如图4所示。

M557引信头部空腔较大，引信强度不高。用175 mm口径加农炮射击时，M557引信曾出现头锥撕裂现象[1]。为了提高引信头部强度，在头锥空腔中填充71 g环氧树脂，改称M572引信，同时提高了引信小落角发火可靠性，如图5所示。为了使M572引信更好地适应不同的火炮系统，降低引信对大雨和树叶的敏感度，设计出M572E2引信，如图6所示。M572E2引信本体改由铝合金制成，提高了强度；引信头部设有防雨装置，雨中射击时，对雨滴的敏感度降低；M572E2引信成本也有所下降[7]。

M572E2引信测试时出现了较多问题，如发射后后坐销的复位阻挡了水平转子运动，使低转速、低初速条件下出现部分瞎火。为了解决上述问题，M572E2引信改变了部分结构，如后坐销由钢制改为钨制，后坐销长度缩短0.457 mm，后坐销运动距离增大4.013 mm，后坐保险簧抗力由0.32 N降到0.20 N[7]。

M739引信及其安全和解除保险装置结构如图7和图8所示。M739引信的触发机构、装定机构、延期装置均与M48、M51和M557等大口径弹头机械触发引信的类似，具有继承性。

M739A1引信如图9所示。相比于M739引信，M739A1引信主要是将火药延期改为机械自调延期。其平时安全性、解除保险条件和触碰目标后引信作用原理与M739引信基本相同[8]。M739引信采用的火药延期机构结构简约，可靠性高，但存在不能自适应目标厚度和强度的问题。M739A1引信采用的机械式自调延期机构对零件的装配精度要求较高，机构运动较为复杂，可靠性较低[9]。碰强硬目标时，自调延期机构结构可能会损坏。

1.2 欧洲国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信产品型号发展过程

1.2.1德国DM 241引信系列

德国DM 211A1引信通过机械装定开关完成惯性触发和瞬发触发两种作用方式的装定。该引信结构与美国M557引信基本相同，不同的是M557引信中的安全和解除保险装置由DM42 A1型安全和解除保险装置替代[10]。DM 211A1引信延期解除保险距离约为50 m，与M557引信的42～120 m延期解除保险距离相近。DM 211A1引信头部也存在强度不足的问题。

DM 241引信是在DM 211A1基础上改进的，头锥空腔内填充环氧树脂以提高引信强度，与美国M572引信结构基本相同。DM 241引信配用DM42安全和解除保险装置。传爆部件中的钟表机构提供延期解除保险时间，延期解除保险距离为50 m，比美M572引信的66 m延期解除保险距离稍短。DM241引信与美国的M739系列引信具有互换性[10]。

1.2.2西班牙M739系列引信

西班牙引进了美国M739系列引信。其中在M572引信基础上设计了M572C1和M572G1，瞬发度为170 μs，延期作用时间为50 ms。

M572C1引信与美M557C1引信结构相似，区别是前者配用M125C1传爆部件，头锥空腔中填充环氧树脂。M572C1引信延期解除保险距离为45～120 m，用于175 mm口径火炮时，延期解除保险距离为105 m[11]。M572G1引信与M572C1引信的最大不同在于前者采用整体结构的铝合金引信体，提高了引信侧向强度，同时减轻了质量。M572C1引信重1000±25 g，而M572G1引信重775 g。

西班牙M739引信在美国M739引信基础上增加了4 mg导爆药药量，未见其他差异。

2 西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信各子系统结构与性能发展历程

2.1 主要弹道环境

西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信适用的后坐过载环境和炮口转速环境如表2所列。

2.2 传爆序列

M739系列引信传爆序列的发展经过了针刺火帽-火焰雷管、针刺雷管-针刺雷管两个阶段。以针刺雷管代替火帽作为首发元件，用其爆炸输出产物作为刺激源，保证了继发雷管的起爆迅速性，从而提高了引信瞬发度[12]。

表2 西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信适用的后坐过载环境和炮口转速环境Tab.2 The applicable set-back acceleration coefficient and muzzle spin rate of mechanical point detonation fuze of high explosive projectiles of large caliber gun in the western countries

2.2.1M739系列引信

M48A3引信无传爆部件，有瞬发和延期两种装定方式。若装定瞬发，碰目标时，引信瞬发触发机构中的击针受目标反力压垮支筒，戳击M24雷管，雷管爆炸产物通过中心传火道引爆引信输出端水平转子中的雷管，接着引爆导爆药和传爆药。装定延期时，隔离杆塞住中心传火道，引信头部瞬发触发机构中的击针虽然仍受目标反力压垮支筒戳击M24雷管，但此时雷管的爆炸产物已不能通过中心传火道下传。而同时活机体前冲撞击延期击针，M54火帽发火，点燃延期药，在延期药燃烧完毕时，M7接力管作用，引爆引信输出端水平转子中的雷管，继而引爆导爆药和传爆药[8]。

M51A5引信传爆序列与M48A3引信的相同，M557引信、M572引信和M739引信传爆序列与M48A3引信传爆序列相似，只是爆炸元件有所不同。表3列出了M739系列引信的传爆序列构成。表4列出了M739系列引信爆炸元件性能参数。

表3 M739系列引信传爆序列构成Tab. 3 The structure of explosive train of M739 series fuze

从M739引信开始，引信瞬发传爆序列中M99雷管代替了M24雷管。M99雷管与M24雷管尺寸相同，前者起爆药药量减少了5 mg，针刺药装药压力是M24雷管的2倍，起爆药装药压力比M24雷管大18.3 MPa。M99雷管的针刺药为NOL 130，比M24雷管中的AN#6针刺药感度高，发火能量散布小，可靠性高。对比表4中的数据发现，M99雷管比M24雷管感度提高了7倍。

M55雷管代替了M17雷管，M55雷管尺寸比M17雷管小，起爆药药量为M17雷管的1/5，猛炸药药量为M17雷管的1/4，因而有利于引信隔爆安全性。M55雷管感度比M17雷管高。M55雷管是针刺感度最高的雷管之一[14]。

M21A4传爆部件中导爆药和传爆药分别为210 mg特屈儿和22.03 g特屈儿。特屈儿威力为125%梯恩梯当量，猛度为116%梯恩梯当量。M51A5引信炸药净重为22.948 g。1971年前，M557引信配用的M125A1传爆部件中导爆药和传爆药分别为244 mg特屈儿和23.26 g特屈儿，M557引信炸药净重为24.214 g；1972年到1974年，导爆药和传爆药均由A-5取代了特屈儿，，装药密度为1.5～1.7 g/cm3，药量无变化；1974年以后，导爆药由CH-6取代了A-5，传爆药仍为A-5，导爆药和传爆药的药量及装药密度均无变化[8]。CH-6和A-5威力约为145%梯恩梯当量，CH-6猛度约为135%梯恩梯当量，A-5猛度约为140%梯恩梯当量。与M51A5引信中的特屈儿相比，M557引信的CH-6导爆药和A-5传爆药都增加了药量，输出威力更大[15-16]。

表4 M739系列引信爆炸元件性能参数[13]Tab. 4 The characteristic parameters of M739 series fuze explosive components[13]

A-5和CH-6的主要成分均为黑索今。黑索今的爆速为8.1～8.3 km/s，比特屈儿的大，引爆后输出能量更大。特屈儿因有毒性而被淘汰。CH-6耐高温性能较好，比较适合自动压药。A-5成型性能差，压制药柱易碎裂，一般适用于压在壳体内使用。但价格是CH-6的1/2，威力与CH-6相当，多用于引信传爆药，不宜在直径2.5 mm以下导爆管中使用[17-20]。

M739引信的导爆管为PA 508，装药主要为A-5 Ⅵ型炸药，压药成型性更好，药量为0.168 g，压药压力112.5 MPa。传爆药为A-5 Ⅵ型炸药，装药密度1.62±0.07 g/cm3，药量21.58 g，M739引信火炸药净重22.078 g。M739引信导爆药药量比M557引信导爆药药量减少了76 mg，其导爆药压药压力比M557引信的增大了42.2 MPa，传爆药药量减少1.68 g，而传爆药平均装药密度比M557引信的大。

从上述大口径火炮榴弹弹头机械触发引信爆炸元件的发展及使用可看出，针刺雷管的全发火能量逐渐降低，感度逐渐提高。从M51A5引信到M557引信，引信装药量增加，发展到M739引信时，引信装药量有所减少，装药平均密度比M557引信的大。

2.2.2西班牙M572系列引信

与上世纪60年代美M572引信配用的M125A1传爆部件相比，西班牙M572C1和M572G1引信的传爆部件M125C1导爆药和传爆药均为A-5，取代了特屈儿，导爆药药量无变化，传爆药药量减少0.56 g[11]。M125C1导、传爆药装药的梯恩梯等效当量大于M125A1的。M572C1和M572G1的其他爆炸元件以及其瞬发传爆序列和延期传爆序列均与美M572引信的相同。

西班牙引进美M739引信后，将导爆药药量增加了4 mg[11]，传爆药药量无变化。

2.3 发火机构

2.3.1瞬发触发机构

M739系列引信瞬发触发机构结构相同，均由防潮膜、击针、雷管和支筒组成，结构如图10所示。平时击针被支筒固定不能运动，作为刚性保险件的支筒，用来保证勤务处理、发射及弹道安全。

如图7和图9所示，该瞬发触发机构装于引信头部，其上设有防雨机构。碰目标时，目标区泥土侵入并经过防雨机构，作用于支筒，支筒受目标反力压垮，击针戳击M24(或M99)雷管发火。机构中没有运动件，对于不同口径、不同初速的弹丸，只要保证在配用弹丸的最大后坐过载作用下，支筒不被压垮就可以实现引信通用性。因而这一结构既可以用于高速弹，也可以用于低速弹，弹丸转速对支筒屈曲特性影响很小，基本上不影响瞬发度和灵敏度[6]。西方国家中大口径榴弹触发引信一直使用击针-支筒这一经典结构。

2.3.2惯性触发机构

M739引信惯性触发机构由活击体、活击体簧、击针和M54火帽等零部件构成。

平时，击针固定在衬套顶端，活机体被离心子阻挡不能运动，活机体中的火帽与击针不会相碰。发射后，离心子在离心力的作用下飞开，同时离心锁瓣也受离心力作用运动至水平位置，阻止转速降低时离心子恢复原位，这时活机体被释放。

碰目标时，若引信延期装定，阻火杆阻挡了瞬发触发机构产生的能量，与此同时，延期机构中的活机体克服弹簧抗力前冲，活机体中的M54火帽撞击击针发火。

M739A1引信的惯性触发机构由击针、击针簧、活机体、钢球、套筒、离心子、M55针刺雷管等零部件构成，如图11所示。与M739引信不同的是击针为运动件，平时击针被钢球和套筒固定，钢球又被带有套管簧的套管固定，不能弹开。另外两个被活机体固定的钢球挡住套管，阻止套管往下移动。活机体受离心子的阻挡不能运动。

引信以延期装定碰击目标时，活机体克服弹簧抗力前冲，释放两个锁定滑套的钢球，从而释放滑套，这时滑套由于受到前冲力的作用不能向后移动，击针仍被锁定。当弹丸减加速度降至300 g以下时，滑套在滑套簧的作用下后移，释放两个锁定击针的钢球，从而释放击针，击针在击针簧的作用下前冲戳击雷管发火[8]。

引信延期装定时，配用于不同口径火炮射击地面，可在小落角(3°)的擦地状态下作用[21]。文献[22]介绍在不同温度条件下，射击101.6 mm、114.3 mm和152.4 mm厚的胶合板，部分引信穿过胶合板在靶后0.9～1.5 m处发火或撞击地面发火。12 m高度跌落测试中此机构可保证勤务处理安全，1.5 m高度非头向下跌落后引信能可靠作用。赵河明等人[9]在不考虑环境载荷和零件材料性能变化情况下对此机构进行了仿真，仿真10 000次，机构失效率1.6‰，其中击针戳击雷管过程失效次数最多。

这种自调惯性延期触发机构对目标厚度和材质敏感，可以测量目标厚度，引信碰撞后感觉到卸载就作用，可在侵入目标后引爆弹丸，实现最佳炸点控制。引信碰撞强硬目标后，此机构结构可能会发生破坏从而影响起爆可靠性或者活击体反弹和翘起导致引信变成瞬发作用。为防止活击体反弹，可将能量吸收材料放置在活击体前面[21]。

2.4 隔爆机构

M48A3系列引信配用M20传爆部件，其中的隔爆机构由水平转子、雷管、离心子、离心销、后坐销、弹簧等零部件构成。M20传爆部件如图12所示。其保险由后坐销和离心子实现，而离心销用于解除保险后的反恢复。M21A4传爆部件与M20传爆部件基本相同，不同的是M21A4传爆部件中后坐销尾部为钳形，具有类似球铰功能[23]。

M125A1传爆部件中的隔爆机构由水平转子、雷管、离心爪、中心轮片、扭力簧、闭锁销、擒纵轮等零部件构成。平时中心轮片被离心爪卡住，扭力簧抵住离心爪，中心轮片与水平转子铆接在一起，水平转子不能运动。引信发射后，离心爪克服扭力簧抗力转动，从而释放水平转子，水平转子受离心力作用开始转动。水平转子转正后，闭锁销在弹簧作用下上升锁住水平转子，此时引信解除保险。由于受齿轮系和擒纵机构的限制，水平转子的转动速度缓慢，因而转正时间得以延长。

M739引信的隔爆机构仍采用水平转子，但是相对于M125A1传爆部件增加了一个后坐销，水平转子同时被离心爪和后坐销锁住[1]。只有在后坐力和离心力的共同作用下，水平转子才会被完全释放。水平转子的转正速度由擒纵机构控制，实现延期解除保险。

2.5 保险机构

从M48A3引信到现今的M739A1引信，瞬发触发机构的保险一直采用刚性保险件-支筒。震动环境、跌落环境、发射环境和触碰目标环境下支筒的动态特性不同，跌落过载不超过47 000g、发射过载不超过38 000g时，支筒就不会发生屈曲，属于弹性变形阶段，因而击针不能碰击火帽，引信处于安全状态[6]。采用支筒保险的引信，瞬发度高，保险和触发的可靠性也都很高。

惯性触发机构采用离心保险机构，由离心子、离心子簧和离心锁瓣组成。平时离心子在离心子簧的作用下抵住活机体，活机体不能上、下移动。引信发射出炮口后，离心子受离心力作用飞开，倾斜配置的离心子受后坐力影响其开始运动的时刻得到推迟。离心子运动到位后，离心锁瓣转动并将离心子锁住，防止离心子复位。

隔爆机构的保险机构变化最多。M20传爆部件和M21A4传爆部件中的水平转子平时被离心子锁住，离心子受到弹簧力作用与后坐销的阻挡不能运动。发射时，后坐力使后坐销下移，弹丸运动至炮口附近时，离心子飞开，水平转子解除保险。M125A1传爆部件的保险机构由离心爪、扭力簧、中心轮片构成。平时，离心爪在扭力簧作用下卡住中心轮片，中心轮片与水平转子固连，水平转子不能转动。当离心爪受到的离心力大于扭力簧的抗力时，离心爪开始转动，释放水平转子，引信解除保险。M739/M739A1引信中水平转子不仅采用离心爪保险，还增加了一个后坐销保险机构。当引信后坐过载小于30g、旋转速度低于18 rps时，后坐销在弹簧力的作用下能复位，这对后坐销在孔内的灵活性要求很高。文献[22]介绍后坐销通过了1.5 m和12 m跌落测试，且能复位。我国引进M739引信在试制期间，曾出现后坐销未能可靠复位的情况，原因是试制初期加工质量和装配质量不高，通过加大后坐保险簧抗力和增大后坐销质量可解决此问题[3]。

2.6 延期解除保险机构

M48A3引信和M51A5引信无延期解除保险机构，只有0.2 m的炮口保险距离，在安全距离内可能会发生炮口炸。

为了提高引信的炮口安全性和弹道起始段内的安全性，M557引信、M572引信和M739引信均增设了延期解除保险机构，增长了延期解除保险距离，分别达到了42～120 m、66 m和39～126 m[8]。延期解除保险机构采用的都是无返回力矩擒纵调速器。

无返回力矩调速器机构结构简约，长期贮存性比火药原理好，但时间精度也不高，系统摩擦系数对延期解除保险距离影响较大。润滑剂采用330聚四氟乙烯干润滑剂、摩擦系数为0.1时，延期解除保险距离理论值与试验值较为一致[24]。调速器中零件的装配误差和引信出炮口后发生的轴向振动和摇摆现象，会使调速器不能可靠起动或不能正常转动[25]。据文献[26]，由于擒纵轮动作存在冲击特性，故在引信转速为17 000 r/s和30 000 r/s情况下，卡瓦寿命分别只有4～5个周期和2～3个周期。为了延长寿命，可在平衡摆和擒纵轮齿表面镀镍。配用于M41式90 mm口径火炮时，转速为19 500 r/s，无返回力矩擒纵调速器结构也曾出现过类似破坏[26]。

2.7 延期机构

从M48A3系列引信到M739引信的延期机构采用的都是火药原理，由延期击针、M54火帽、延期药柱和M7接力管组成。碰目标后，火帽撞击击针，引燃延期药柱，通过延期药的燃烧来延迟时间。

M739引信配用M2延期组合件，延期时间为30～70 ms[27]。延期药为硼系延期药(铬酸钡83%，硼颗粒16%和乙酸乙烯醇1%)，燃速为4.2 cm/s。硼系延期药有耐高低温、精度高和耐长期储存等特性，延期精度可达到±5%[15]。硼的含量越高，燃速越快，延期时间越短。文献[28]中指出当硼含量在15%左右时，燃速最快，延期药具有最佳的延期精度。M2标准延期元件本身就是一个密封单元，有利于改善长期贮存性。当需要改变延迟时间时，可更换标准延期件。

2.8 装定机构

从M48A3引信到M572引信，装定机构采用的都是阻火杆式装定机构，由滑柱、螺圈、弹簧圈、滑柱簧、调节栓和簧座构成[29]，如图13所示。转动调节栓通过雷管传火通道的阻塞和打开，实现瞬发和延期装定。调节栓结构不对称，工艺性稍差。表3中引信出炮口后的转速最小为33 r/s，滑柱能可靠打开传火通道。若装定瞬发，发射时，滑柱受离心力飞开，传火通道打开，引信碰目标时瞬发作用。瞬发机构意外发火时，该机构起膛内隔爆的作用。装定延期时，转动调节栓90°，滑柱受调节栓阻挡不能飞开，并且隔断了传火通道，引信碰目标时惯性发火机构作用。

M739/M739A1引信的装定机构与M557引信的相似。差异是M739引信装定机构中的调节栓内孔不偏心，而且径向开有槽和通孔，如图14所示。改进后的装定机构装定更加方便，可靠性更高，调节栓的工艺性好。引信瞬发装定发射时，滑柱在离心力作用下飞开，调节栓上的槽和孔与传火孔对正，碰目标时瞬发作用。若装定延期，调节栓旋转90°，发射时，滑柱同样可以飞开，但由于调节栓径向孔与传火通道错开90°，关闭了传火通道，故碰目标时只保证惯性发火机构起作用。

2.9 反恢复机构

M48A3引信和M51A5引信的水平转子转正后，位于水平转子中的径向离心销和爬行销卡入传爆部件的缺口内，爬行销受爬行力抵住离心销，使离心销不能退回，如图15所示。离心子无反恢复机构，引信碰击目标时的转速低，弹道末端离心子有可能会被离心子簧重新顶回而使引信瞎火。为了防止这类瞎火，对离心子设有反恢复机构。

M557、M572、M739和M739A1引信的离心保险机构中增加了离心锁瓣，可阻止离心子返回，而水平转子的反恢复机构采用的是闭锁销。水平转子转正后，闭锁销受弹簧作用，插入水平转子孔内，水平转子被锁在待发位置上。

2.10 防雨装置

大雨或暴雨引发的引信早炸早已被发现。弹药初速越大，早炸的几率也越大。只不过考虑到防雨装置如果设计不成功可能会影响引信的灵敏度，因而仍有不少引信并没有因此而改变设计从而兼具防雨和触发灵敏度要求。

M739引信增加了由雨帽、栅杆(5根)和栅杆座构成的防雨装置，如图16所示。这种防雨装置通过防雨栅的高速旋转，将雨滴打碎，被打碎的雨水在栅杆座底部受离心力作用从排水孔排出，雨滴碰击力在引信中的传递过程为栅杆、栅杆座、引信体。大雨滴破碎后形成的小水滴动量小于触发机构发火所需动量，因而引信在大雨或暴雨气候条件下不能发火。文献[30]介绍M739引信可防直径4 mm的雨滴。

实验表明，栅杆受雨滴的冲击力与雨滴直径的立方成正比，与弹丸速度也成正比[31-32]，还需要考虑雨滴连续碰击的累积效应。雨滴对引信头部瞬发触发机构中的击针等零件的冲击力会很大。如果没有防雨装置，击针可能会压垮支筒，戳击雷管发火。因此防雨装置的作用主要是使雨滴破碎同时减小其动量。

2.11 总体结构布局

美国陆军对75 mm以上口径的中大口径炮弹弹头引信的外形和质量进行了统一，制定了军用标准MIL-STD-333。按此规定新设计的引信能配用于现有弹丸，弹丸原有的内外弹道参数改变不大，可用原有射表射击[1]。

M48A3引信无传爆部件，因而总长比其他引信小很多；M739系列引信的外形无太大变化，引信头部形状均为截锥形；M572引信和DM241引信风帽内添加了环氧树脂，质量加大；M739引信体采用整体结构，由高强度铝合金制作，但质量比M557系列引信轻很多[27]；除M48A3引信外，与弹连接螺纹均为2-12UNS-2A，即所谓的“大口螺”，且旋入弹丸深度相同，从而便于触发引信、时间引信和近炸引信互换使用。从表5看美、德、西班牙等国引信在外形尺寸和质量上还是存在一些细微差异的。

2.12 密封与包装

引信常用密封方式有辊口连接密封和螺纹连接部位密封，常用螺纹连接密封。M48A3、M51A5、M557、M572引信没有防雨装置，因而在引信头部采用盖片辊口结构。M739和M739A1引信头部有防雨装置，由雨帽保证平时密封。M557引信体与传爆部件、M739引信体与传爆管壳的连接和密封都采用螺纹。由于引信中的爆炸元件本身是密封的，所以美军并不强调引信的整体密封[33]。

M739系列引信的运输等级为A级(海外运输)。图17所示的是A级海外运输的典型包装[21]。单个引信放置在高性能、轻质化的塑料桶内，上、下都带蜂窝状支撑的8发炮弹引信放在一个金属箱中，铁丝捆绑的木条箱内装2个金属箱，金属箱用橡胶圈防潮密封，木条箱重25.1 kg，尺寸为365.6 mm×320 mm×227 mm。这种包装能够吸收震动和冲击，同时也可防止引信相互殉爆。在包装方面防止弹药殉爆的最有效方法是采用包装挡板。常用的包装挡板分为机械挡板、热挡板和冲击波挡板。机械挡板使枪弹、破片减速或偏转而降低机械冲击对弹药的影响；热挡板采用阻燃剂、泡沸油漆等材料，降低传入弹药的热量；冲击波挡板采用陶瓷、铝泡沫等材料，大量吸收冲击波能量或降低透射的冲击波压力峰值[34-35]。

表5 M739系列引信外形尺寸等结构诸元Tab.5 Structure data of M739 series fuze

3 西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信通用性与综合性能发展历程

3.1 引信通用性

M739系列引信外形和传爆部件可通用于口径105～203 mm的中大口径线膛火炮榴弹弹头，并与该平台适配的时间引信、近炸引信具有互换性[36]。表6列出了不同类型的大口径炮弹引信外形尺寸参数。表7列出了M739系列引信的适配火炮和弹药。

从表6可看出，触发引信、时间引信和近炸引信的外形尺寸基本相同，引信与弹连接螺纹均为2″-12UNS-1A。MIL-STD-333B标准推荐口径75 mm以上的弹丸引信头部截圆直径为13.716～13.97 mm。文献[1]据MIL-STD-333披露美军75 mm以上口径配用传爆部件的引信标准质量为680.39～725.75 g，但MIL-STD-333B中未见有此规定，并且从表6看目前西方国家大口径火炮榴弹引信质量均未能满足此要求。

不同类型引信之间也可互换内部模块。如M739引信的瞬发触发机构、装定机构和传爆部件也适用于M520A1机械时间/瞬发引信；M564引信、M732近炸引信和EP 101近炸引信的传爆部件分别为M125A1(T23或者E3)、M125(E3)和M125C1，由此可见不同种类引信的传爆部件可通用。

爆炸元件作为独立部件，其通用化、系列化程度较高。美军标MIL-STD-320A规定了敏感爆炸元件设计的直径尺寸系列和高度尺寸系列。美军大口径火炮榴弹弹头机械触发引信针刺雷管只使用了Ф3.68 mm、Ф4.87 mm和Ф6.1 mm 3种直径尺寸系列[13]。表4列出的爆炸元件可以用于多种引信。如M55雷管可通用于机械时间引信M582、电子时间引信M587、M724和近炸引信M732等17种引信[37]；M2延期组合件可通用于机械触发引信M51A5、M739和延期引信M78A1。爆炸元件的标准化便于大规模生产，降低成本，同时还可提高质量稳定性。

表6 西方国家大口径火炮榴弹不同类型引信外形尺寸等结构诸元Tab.6 Structure data of different types of fuze of high explosive projectiles of large caliber gun in western countries

表7 西方国家大口径火炮榴弹引信适配武器与弹药[11，27]Tab.7 Adaptive weapons and ammunitions for fuze of high explosive projectiles of large caliber gun in western countries

3.2 各型号引信性能

传爆部件是引信的重要功能部件，包括安全和解除保险装置、导爆管(药)和传爆管(药)。从无传爆部件的M48A3引信到M21A4传爆部件配用于M51A5引信，再到使用含有钟表机构的M125A1作为M557和M572引信的传爆部件，最后发展为M739和M739A1中独立的模块，其中引信安全和解除保险装置的发展让引信的延期解除保险能力等安全性越来越高[38-42]。如表8所列，延期解除保险距离由M48A3引信的0.2 m提高到M557引信的42～120 m，再到M739引信的39～126 m。同时保险机构的解除保险阈值变小。后坐保险机构解除保险阈值从1 000g降到40g，离心保险机构解除保险阈值从34 r/s降到28 r/s。

采用低后坐应力保险的优点是引信解除保险可靠性高和通用性强，但对引信的勤务处理安全性影响很大，引信跌落时的后坐过载远超过40g，后坐销后坐，若不能可靠复位，就将释放水平转子，形成安全性隐患。因此低后坐应力保险对后坐销的复位要求很高，美军引信零件加工质量高，采用自动装配，可能问题不大。若提高后坐过载保险阈值，则引信通用性会降低，并且引信发射后，后坐销的提前复位会影响水平转子的转正，且缩短了离心爪解除保险时间，会导致引信不能可靠解除保险[3,43]。文献[44]介绍了安全和解除保险装置中阻尼式后坐销的运动特性。其中在分析引信装填安全性时，假设弹药跌落于斜面时作纯滚动、弹丸转动惯量等同于实心圆柱体转动惯量、静摩擦系数为0.8和离心保险机构解除保险阈值为18 r/s。在分析引信作用可靠性时，运用(Continuous System Modeling Program，CSMP)和Fortran IV对引信在内弹道和外弹道所受环境进行计算机模拟。阻尼式后坐销延迟时间大于0.7 s时，引信作用可靠性最高；延迟时间在0.08～0.13 s时，引信安全性最高。因此后坐销延迟复位时间需在引信作用可靠性和安全性之间综合考虑。此机构在后坐过载300g试验环境下，可靠度达到0.9957，若继续降低该机构后坐过载响应值至30g，则此机构可应用于M739引信安全和解除保险装置中[44]。

表8 不同型号引信性能[8,11]Tab.8 Performance of different types of fuze

引信的触发灵敏度也随着引信的型号发展而有所降低，由M48A3、M51A5、M557和M572引信的触碰25.4 mm木板可靠发火，到M739、M739A1引信的300 m/s进入沙石地可靠发火。文献[45]介绍M739引信用于攻击硬目标和软目标时，头部触发机构发火原理不同。攻击软目标时，防雨装置剪切目标介质，目标介质或其破片通过防雨栅杆之间的间隙或剪切防雨栅杆作用于击针。引信的灵敏度会因为头部防雨装置而有所降低[46]。

4 分析和讨论

1) M99针刺雷管感度是M24针刺雷管感度的7倍，因而有利于提高引信触发灵敏度。M99针刺雷管起爆药装药压力比M24针刺雷管大18.3 MPa，雷管输出威力略有提高。M55雷管感度高于M17雷管，体积为M17雷管体积的2/13，输出威力比M17雷管略小，M55雷管中19 mg黑索今能可靠引爆导爆药，因而有利于引信隔爆安全性。

2) CH-6传爆药适合自动压药，威力与A-5传爆药威力相当，约为145%梯恩梯当量。A-5传爆药工艺性稍差，多用于导爆管装药，且导爆管直径应大于2.5 mm，成本为CH-6传爆药的1/2。M739引信中A-5传爆药药量与29.46 g梯恩梯威力相当，能可靠引爆弹丸内炸药装药。

3) 美国M739引信后坐保险机构解除保险的最小后坐过载为40g，离心保险机构解除保险的最低转速为33 r/s，引信配用于不同弹药发射最大可承受后坐过载为30 000g，最大可承受转速为500 r/s，初速范围300～1 000 m/s。

4) 美军引信文献中介绍M739引信后坐过载达到40g就解除保险，30g不解除保险。但M739引信在实际测试中曾出现过30g就解除保险的情况。采用低后坐应力水平保险的好处是引信作用可靠性高和通用性强。高后坐应力水平保险将缩短后坐销解除保险的时间，使离心爪解除保险时间变短，进而影响引信可靠解除保险，并降低通用性。为避免勤务处理中引信受到冲击导致后坐销动作不复位的情况，可适当加大后坐销质量和提高后坐保险簧抗力[43]。

5) M739引信配用106.7 mm口径线膛迫击炮弹时，弹丸以着角45°、速度137 m/s对水面目标能可靠发火；配用106.7 mm口径线膛迫击炮弹和105 mm口径榴弹时，分别以速度162 m/s和204 m/s、着角0°碰击31.75 mm厚胶合板能可靠发火；配用175 mm口径加农炮弹时，以速度914 m/s和着角0°碰击6.35 mm厚胶木板能可靠发火[27]。M739引信可在小落角(3°)的擦地状态下作用。M739系列引信瞬发度为170 μs，头部安装防雨装置的M739/M739A1引信可防直径4 mm雨滴，碰击软目标时，瞬发度会略有降低。

6) 为提高M739引信中无返回力矩擒纵机构的起动可靠性和水平转子转正可靠性，使M739引信旋转轴线、平衡摆轴线和擒纵轮轴线的相对位置按近似等腰三角形布置，优先考虑密度较小的平衡摆材料，减小平衡摆轴线与擒纵轮轴线的中心距误差均可提高其起动可靠性[25]。引信水平转子的轴线、质心回转半径和质心初始运动位置相对于引信旋转轴线的布置对驱动力矩的影响较大，通过仿真分析可得出水平转子质心回转半径和初始相对位置的最优解，从而提高水平转子转正可靠性[47]。

7) 机械自调延期机构可识别目标强度和厚度进行炸点控制，但自调延期机构对零件的加工质量和装配精度要求较高，M739A1引信在测试中曾遇到机械自调延期机构发火不可靠问题。活击体边缘倒圆角并提高表面加工质量和装配精度可解决活击体运动受阻问题。在高过载条件下，离心锁瓣零部件之间的点焊连接会导致结构破坏。为提高此机构发火可靠性和降低零件成本，活击体材料已由锌合金压铸取代黄铜机械加工，击针座材料已由铝合金机械加工改为锌合金压铸[22]。引信与硬目标碰撞后，为了防止自调延期机构中的活击体反弹影响发火可靠性，可将能量吸收材料放置在活击体前面[21]。

8) 硼系延期药成分配比为铬酸钡83%、硼粉13%和乙酸乙烯醇1%时燃速最快，延期精度为±5%，此时延期药具有最佳延期精度。

9) 表6中M739系列引信的质量范围为639.6～1 043.3 g，其中M739/M739A1引信质量比美军规定的75 mm以上口径弹丸引信质量680.39～725.75 g稍轻。M739/M739A1引信头部凹槽深度为19.05 mm，栅杆座底部泄水孔直径为Φ3.175 mm[48]或Φ3.43 mm[49]。栅杆式防雨装置结构参数具体包括头帽材料为0.28 mm厚的镀铬钢带08A1-Ⅱ-BM-TR-P；防雨栅杆座直径为Φ17.5 mm[48]或Φ12.7 mm[49]，材料为钢带08A1-TR；栅杆材料为不锈钢丝Y1Cr13，直径为1.7 mm。

10) M739引信配用于106.7 mm口径线膛迫击炮弹时，炮弹仍采用炮口装填[2]。发射时，弹丸尾部结构与身管膛线的紧密配合可保证引信能可靠解除保险。

11) 美国在M739A1引信之后发展了M739A2引信[21]，但目前未见有文献介绍两者之间的结构和性能区别，从目前所能见到的M739A2引信结构图中也看不出其结构相对于M739A1的改变。

12) 无防雨装置的引信在大雨情况下发射会发生弹道炸。但目前检索1950年～2017年美国政府报告文摘题录(NTIS)数据库、美国国防技术情报中心(DTIC)数据库、工程索引(EI)数据库、美国政府报告通报及索引(GRA & I)数据库、CALIS外文期刊网数据库，未见有文献披露M739系列引信膛炸、搬运炸和弹道炸的事故信息。

13) 北约各国的大口径火炮榴弹弹头机械触发引信可互换使用[10]。其中英国L85A2引信和L112A1引信分别与美国M557引信和M572引信基本相同，不同的是前者使用L7A2传爆部件，延期时间由0.05 s减至0.02～0.03 s。荷兰M557引信和M557C1引信的结构、原理、性能和安全性要求分别与美国M557引信和M557C1引信相同。比利时和法国引进美国M557引信后，未对引信结构和性能作改变。

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