引信安全系统及其功能范畴探讨

引信安全系统及其功能范畴探讨

李豪杰，张河

南京理工大学机械工程学院，江苏南京(210094)

E-mail：lihaojie@

摘要：引信安全性设计是引信的核心技术之一，引信安全系统是引信安全性设计的主要体现形式。本文建立了引信安全系统的功能框架，结合引信安全系统与引信中其它子系统的关系，对引信安全系统在引信中的作用模式及其功能范畴进行了讨论。引信安全系统不是引信中一个独立的子系统，也不能简单地等同与引信中的保险与解除保险装置（机构）。

关键词：引信安全系统，引信功能，保险与解除保险装置，引信安全性

0 引言

引信安全系统是引信中的重要组成部分，是引信满足安全性要求的重要保障。GJB373A-97《引信安全性设计准则》中对引信安全系统的定义为：“用来防止引信在感受到预定的发射环境并完成延期解除保险之前解除保险(启动)和作用的各种装置（如环境敏感装置、发射动作敏感装置、指令动作装置、可动关键件或逻辑网络，以及传火序列的隔火件或传爆序列的隔爆件）的组合”[1]。GJB102A-98《引信术语符号》中对引信安全系统的定义基本一致，为“引信系统内，用来保证安全并防止引信在运输、储存、装卸、安装和发射直至延期解除保险结束之前的各种环境下解除保险和爆炸的各种装置的组合”，同时将引信安全与解除保险机构定义为：“在达到延期解除保险以前，防止由于引信的原因而使弹药主装药发生意外作用，而在解除保险后允许爆炸序列作用的机构”[2]。从以上定义上难以直接对二者进行明确区分，笔者认为引信安全系统与相对独立性较强、自成模块的引信保险与解除保险装置（机构）的结构组成及其功能范畴应有所区别，其作用时空也不应仅限于引信完成延期解除保险之前。鉴于此，本文对引信安全系统的定义、组成及其功能范畴，安全系统与其它引信子系统的关系进行了分析与讨论。目的是在引信设计中更好地贯彻引信安全性设计要求，尽可能设计功能完备的引信安全系统，以使引信具有更高的安全性。

1 引信安全性设计是引信的核心技术之一

引信安全性是引信在生产、勤务处理、装填、发射直至延期解除保险的各种环境中，在规定条件下才解除保险和爆炸的功能。顾名思义，引信安全性是其自身乃至弹药安全性能的保障，也是其正常发挥作战效能的前提。在引信中安全性设计是贯穿引信设计的整个过程，是引信专用的核心技术之一。

从引信的基本功能分析，引信应具有的是起爆（或点火）与安全控制功能。所以引信的核心技术也就是起爆（或点火）与安全技术。

近年来引信技术的发展主要体现在目标探测与发火控制方面，并出现了各种新体制的引信，如静电引信、计转数定距空炸引信等[3, 4]，随之研究人员也热衷于各种目标探测体制的研究，同时在型号装备上国内外也屡见新的引信装备如激光近炸引信、毫米波末敏引信。不可否认，各种目标探测技术的发展为引信技术与装备的发展带来了很大的机遇，也在很大程度上促进了引信的发展。但是，与目标探测相关的引信核心技术应该是引战配合技术，是依赖于目标探测的弹目交汇状态识别、最佳炸点判断与适时起爆控制技术。

另一方面，引信的安全性设计是为了防止非规定条件下引信实施起爆（或点火）。由于引信属于“危险品”，所以引信的安全功能显得尤为重要，引信安全性设计准则中对安全系

统失效率的要求是10-6。为了实现引信的安全性，引信安全性设计中采用了各种各样的措施，其中以对爆炸序列的能量隔断为典型，但是远不局限于此。为了满足引信的安全性要求，所有采用的与提高引信安全性相关的设计都属于安全性设计的范畴，特别是应该包括对发火能量的隔断设计、对电源能量的控制，而且还应该包括对引信的故障保险设计、自失能设计等。因此，引信的安全性设计是关乎引信性能的重要手段，也是引信设计的核心技术之一。

2 引信安全系统的定义及其组成

引信安全性设计主要是通过引信安全系统的设计实现的。引信安全系统是现代引信中必不可少的子系统，是引信确保其安全性的具体体现。

2.1 引信安全系统定义讨论

根据GJB373A-97《引信安全性设计准则》中对引信安全系统的定义（见本文引言部分），可以看出引信安全系统是若干装置的组合，而这若干装置根据其在引信中的安全性要求不同作用于引信的不同部位或者不同的引信子系统中。所以，引信安全系统不同于引信的其它子系统，引信安全系统与引信中的其它子系统之间也不能简单地进行模块化并列划分，而是结构上相互交错，逻辑上相互作用。引信安全系统在引信中作用于其它的子系统，同时也可能接受其它子系统的作用，以实现引信的整体安全性。因此一般来说，现代引信安全系统的结构不是独立的、组成也不是唯一的，对引信的作用方式往往是多种多样的。

另外，随着现代战争的发展，要求减少人员伤亡甚至实现零伤亡，尽量减少无故伤害。从某种意义上讲，引信的安全系统就不应仅局限于避免发射周期内完成延期解除保险之前对己方人员及器材的伤害，而要确保引信以及弹药在全寿命周期内对所有非目标对象的安全性。从这个角度看，引信安全系统的作用时间/空间域就可不妨从完成延期解除保险进一步延伸到正常作用或销毁的整个寿命周期内。本文所讨论的引信安全系统是基于这层意义上的广义的引信安全系统。

2.2 安全系统组成

基于以上讨论，可以认为引信安全系统是由多个安全开关构成的，而每个安全开关的组成一般应该包括：敏感器、识别与逻辑判断器、安全控制执行器。引信安全系统可以由图1表示：

图1 引信安全系统组成框图

这里的敏感器一般指对引信环境或引信自身状态的判断，也包括对武器、弹药系统或者人为的参与，即对弹药的状态、武器系统的状态等的判断，或者发射前的操作过程等。引信安全系统中的多个安全开关之间可以相互独立，也可以是相互关连的，如发火控制系统的安全开关与隔爆机构的安全开关在中大口径榴弹引信中一般是相互独立的（如榴-5引信），又如隔爆机构的双环境力冗余保险机构对应的安全执行器是一致的（隔爆件）。而对于安全控制逻辑，多个安全开关之间一般也有相互约束关系，如引信设计中的时序保险等。

3 引信安全系统的作用模式及其功能范畴

3.1 引信安全系统的作用模式

引信从提高安全性考虑，安全系统可以通过各种不同的安全控制功能实现其功能设计。在引信中一般用到的有三种：抑制起爆能量流、控制作用信息流和释放起爆能量源。

3.1.1 抑制起爆能量流

从引信的起爆（点火）功能考虑，引信是作为一个控制战斗部起爆的能量产生装置而存在。实现对引信中能量流的抑制，就可从很大程度上提高引信的安全性。抑制起爆能量流是实现引信安全功能的最主要的手段，主要有两种：一是对发火控制系统发火能量的抑制，二是对爆炸序列的能量传递通道的隔断。

3.1.2 控制作用信息流

现代引信的目标探测、环境敏感系统均是比较复杂的，因此发火控制系统需要复杂的目标识别与起爆控制逻辑判断功能，保险与解除保险装置需要可靠的发射、飞行等作战使用环境甚至目标区环境的识别功能。在引信中通过对环境敏感系统、目标探测系统信息流的抗干扰抑制，可以大大减小引信误启动的概率。从环境信息输入端有效阻止意外输入，可减小引信意外解除保险概率。从发火信息输入端有效阻止意外输入，可减小引信意外提前作用概率，提高引信安全性，这里的安全性一般是指引信的弹道安全性（弹道安全性的提高有时也可被认为是提高了对目标的作用可靠性）。

3.1.3 释放起爆能量源

在特殊情况下，对引信中能量的有限释放可以从某种程度上提供引信的安全，减小附加的不安全因素。释放起爆能量源一般是对发火电路发火能量的释放来实现的，如压电引信中与压电晶体并联的泄露电阻可以将压电晶体意外产生的电荷释放以提高平时安全性。而引信中的自失能或能量耗散设计属于释放起爆能量源的安全系统设计方法。这里的安全性是为减小引信瞎火后的安全性隐患，属于全寿命周期的安全性。

3.2 安全系统的作用范畴

引信的组成一般主要包括目标探测与发火控制系统、安全系统、爆炸序列、能源等四大部分[5]。随着引信技术的发展，还有其它功能模块的出现。引信的安全性设计贯穿于这几大部分的设计之中，或者说引信的安全系统设计可以同时作用并体现在另外几大分系统之中。其关系可用图2表示。