具有状态识别特征的引信用电磁拔销器

王海龙，姚文

(西安机电信息技术研究所，西安 710065)

0 引 言

在现代战争中，具备高速大机动能力的弹道导弹、巡航导弹等武器威力越来越大，飞行距离越来越远，发射后的武器，在攻击目标出现异常的情况下或引信发火模块未按预定条件工作时，可能会发生误伤误炸等附带损伤，例如在伊拉克战争中，英军“旋风”战斗机遭到了美军“爱国者”导弹的拦截，造成机毁人亡，随后，美军F-16战斗机在执行任务时又误炸自己的“爱国者”导弹营阵地。为了避免在弹药攻击出现异常的情况下，例如发现被攻击目标是错误目标或目标已消失而需要撤销攻击任务时，或是由于引信发火控制系统未按预定条件工作而出现哑弹时，已进入待发状态的引信处于“失控”状态对目标及其他无关物体造成的不必要伤害[1]，安全状态可恢复功能[2-3]就成为保障引信或安全系统的必需要求。电磁拔销器可利用得失电原理实现引信的安全状态可恢复功能[4]，不通电时，滑块隔爆机构被电磁拔销器锁住于隔离位置，滑块不能移动,引信处于安全和隔离状态；发射后，在预定的时间点，电磁拔销器通电，保险销吸合滑块，滑块在滑块弹簧作用下按照导向移动，抵在滑块固定销的端部，此时，爆炸序列处于对正状态，引信处于待发状态；当弹药攻击异常时，引信指令接收处理模块解译出状态恢复指令，电磁拔销器断电，滑块固定销缩回，滑块继续在滑块弹簧的作用下移动,当滑块运动到位时，已断电的保险销在弹簧作用下插入滑块孔内将其固定，引信再次处于安全状态。要想获得电磁拔销器已完成解保程序或已恢复安全状态的信息，只能通过复杂的引信信号采集电路，从而增加了电路设计难度和成本。目前国内对引信用电磁拔销器的研究，仅限于对影响电磁拔销器电磁力的影响因素和性能特点的分析[5]，另外,国内外对电磁拔销器结构、功能等电磁执行机构的报道，主要采用仿真、试验等方法对执行力、响应时间[6-9]等方面进行研究，研究内容都未涉及电磁拔销器的状态识别。

为了使引信或安保机构能够简便地通过外部供电电路和判断电路进行引信电磁保险的安全状态判别，获得已完成解保程序或已恢复安全状态的信息，本文提出具有状态识别特征的引信用电磁拔销器，介绍其组成、工作原理，并进行响应时间试验。

1 引信用电磁拔销器

1.1 引信用电磁拔销器组成

电磁拔销器主要由保险销、垫片、弹簧、激磁线圈、档铁、线圈骨架、接线板、外壳等组成。电磁拔销器外形为圆柱形结构,线圈骨架和垫片等采用非导磁的塑料材料, 挡铁、保险销和外壳采用电工纯铁材料,其结构示意图如图1所示[5]。

图1 电磁拔销器结构示意图

1.2 引信用电磁拔销器工作原理

在初始状态下，激励线圈没有电流流过，不产生电磁力，保险销在弹簧的作用下伸出外壳，保持在初始位置，保险销处于锁定状态。电路通电后，线圈有电流流过，激励线圈产生电磁力吸附保险销，使其克服弹簧的抗力向上运动，直至与挡铁结合，保险销处于解锁状态。电路断电后，激励线圈产生的电磁力消失，保险销在弹簧力的作用下向下运动，直至与垫片结合，电磁拔销器恢复初始锁定状态。

该引信用电磁拔销器虽然也能实现无损检测，但是不能通过引信信号采集电路实时获得电磁拔销器启动解保程序的过程信息，不利于对引信安保机构控制流程的优化设计。

2 具有状态识别特征的引信用电磁拔销器

2.1 具有状态识别特征的引信用电磁拔销器组成

具有状态识别特征的引信用电磁拔销器由信号输出部件、衔铁、激励线圈、触发部件、动铁芯、电源线等组成。信号输出部件由信号线、接电探针、外壳组成，激励线圈由骨架、漆包线组成，触发部件由推杆、弹簧、盖板组成。具有状态识别特征的引信用电磁拔销器结构图如图2所示。

图2 具有状态识别特征的引信用电磁拔销器结构图

2.2 具有状态识别特征的引信用电磁拔销器工作原理

该电磁拔销器在非工作条件下，动铁芯受触发部件中弹簧的预压力作用，下端的保险销伸出外筒，用于锁住安保结构的滑块或转子，电磁拔销器处于锁定状态；同时信号输出部件中的两个接电触点间断开，信号线无输出电流信号，如图3(a)所示。

在电源线两端加载额定电压后，该电磁拔销器进入工作状态，激励线圈产生电磁场，并在衔铁、外筒、动铁芯间及衔铁、动铁芯间的气隙形成封闭磁路，在衔铁和动铁芯间产生吸力使动铁芯克服弹簧的抗力向衔铁方向运动，同时动铁芯运动也带动触发部件中的推杆向上运动，运动工作状态示意图如图3(b)所示。

当动铁芯继续运动，其下端全部运动到骨架内部时，安保结构的滑块或转子的锁定解除，接电推杆与信号输出部件中的两个接电点接触，信号线接通，产生输出电流信号，吸合状态示意图如图3(c)所示。

当弹药攻击异常时，引信指令接收处理模块解译出状态恢复指令，电磁拔销器断电，激励线圈产生的磁场消失，触发部件中的推杆和动铁芯在弹簧抗力的作用下向下运动，由于此时滑块继续在滑块弹簧的作用下移动,还未运动到初始位置，所以电流信号一直持续，安全状态还未完全恢复；当滑块运动到初始位置时，引信再次处于安全状态，滑块孔和保险销对正，保险销插入滑块孔内将其固定，同时接电推杆与信号输出部件中的两个接电探针的脱离接触，信号线重新断开，无输出电流信号，如图3(a)所示。

(a) 初始状态

(b) 运动状态

(c) 吸合状态

3 电磁拔销器响应时间试验

依据上述对具有状态识别特征的引信用电磁拔销器的设计，对原理样机进行了试验测试。

测试时，在信号线两端加载5 V恒定电压，电源线两端加载18～32 V可调电压。为了方便测量，采用示波器分别对激励线圈加载电压和信号线两端电压进行捕捉，并根据两个电压信号之间的间隔计算出电磁拔销器的响应时间。由于信号线接通后信号测试端电阻只有0.1 Ω，所以在电路中增加电阻预防电流过大造成的仪器损坏，具体的输出信号测试方法如图4所示。

图4 输出信号测试方法

用示波器捕捉的电磁拔销器输出信号如图5所示，可以看出：当信号线断开无信号输出时，信号线两端电压最大，约为5 V；当电源线两端加载电压时，信号线接通有信号输出时，信号线两端电压最小，几乎为0；在一分钟内进行20余次反复电压加载试验，电磁拔销器工作状态稳定，信号输出可靠。

图5 输出信号

电磁拔销器响应时间是指从加载电压起到输出信号止的时间间隔，可以通过用示波器捕捉通道1电压突变信号(电源线两端加载电压)与通道2电压突变信号(信号线两端电压)之间的时间间隔来获取，如图6所示，可以看出：当电源线两端加载电压为30 V时，电磁拔销器响应时间为3.26 ms。电磁拔销器响应时间随加载电压变化曲线如图7所示，可以看出：当加载电压小于24 V时，电磁拔销器的响应时间随加载电压增加呈线性减小；当加载电压大于28 V时，电磁拔销器的响应时间随着加载电压增加呈曲线减小，最小响应时间为3 ms。这是因为：加载电压越大，激励线圈中的电流越大，产生的电磁力也越大，动铁芯运动越快，电磁拔销器输出电流信号的响应时间也就越短；当加载电压增加到一定值后，此时由于磁路中磁感应强度已趋于饱和，电磁力已接近最大值，所以电压增加对电磁拔销器响应时间的影响就不再明显。

图6 响应时间测试图

图7 响应时间随电压变化曲线

3 结 论

(1) 对电磁拔销器在一分钟内进行20余次反复电压加载，试验表明：电磁拔销器工作状态稳定，信号输出可靠。

(2) 当加载电压小于24 V时，电磁拔销器的响应时间随加载电压增加呈线性减小；当加载电压大于28 V时，电磁拔销器的响应时间随加载电压增加呈曲线减小，最小响应时间为3 ms。

(3) 下一步将进一步提高电磁拔销器的执行力、减小体积，争取作为高价值弹药火工品拔销器的替代品，满足高价值弹药可检测、可恢复的安全性和可靠性要求。