子母弹子弹引信技术分析

2004年第25卷第1期华　北　工　学　院　学　报V o l.25　N o.1　2004 (总第93期)JOURNAL OF NORTH CH I NA I NSTI TUTE OF TECHNOLOG Y(Sum N o.93)文章编号:100625431(2004)0120035204子母弹子弹引信技术分析Ξ顾　强,安晓红,张　亚(华北工学院机械电子工程系,山西太原030051)摘　要:　介绍了子弹引信的发展状况,分析了目前子弹引信所存在的问题和原因,同时对子弹引信实现延期解除保险等关键技术进行了探讨.提出:为了充分发挥子母式弹药的优越性,需要设计各项性能完备的子弹引信.关键词:　子母弹;子弹引信;保险机构;自毁装置中图分类号:　TJ430.6+7 文献标识码:ATechnolog ical Analysis of Sub m un ition Fuze of Cargo ProjectileGU Q iang,AN X iao2hong,ZHAN G Ya(D ep t.of M echatronic Engineering,N o rth Ch ina Institute of T echno logy,T aiyuan030051,Ch ina) Abstract:T he developm en t statu s of the subm un iti on fuze is in troduced.T he p resen t ex isted p rob lem s and reason s of the subm un iti on fuze are analyzed and the key techno logies such as the delay disar m ing of the subm un iti on fuze are discu ssed.F inally,excellen t perfo r m ance of the subm un iti on is needed to de2 sign and fu lly b ring in to p lay the sup eri o rity of cargo p ro jectile amm un iti on.Key words:disp en ser;subm un iti on fuze;safety and ar m ing device;destructo rs现代战场上,为提高弹药对目标的毁伤能力,越来越多地装备子母式弹药.在杀伤威力及反装甲能力上,子母弹药明显优于普通榴弹,且具有较高的瞬间火力密集度和较大的覆盖范围,又能远距离攻击坦克的薄弱环节顶装甲.子母弹在弹药领域占有越来越重要的位置,已成为野战火炮和野战火箭炮的主要弹种.但是,由于子弹及子弹引信的结构特点所限制,目前所装备的子母弹尤其是子弹引信很不适应现代战争的要求,技术上还存在许多薄弱环节,尤其是引信的安全性、作用可靠性问题,给引信技术的发展带来许多不利因素.本文通过子母弹子弹引信技术分析,探索实现高安全性、高可靠性产品的有效途径.1　子弹引信的特点及构造与作用子母弹药主要装备大中口径火炮和远程火箭,是一种用来对付集群目标的新弹种.在一发母弹中装有多发甚至几百发子弹,所以子弹的需求量是很大的.例如:美国M483A1式子母弹用于155mm自行榴弹炮和牵引榴弹炮,母体内装64个M42式子弹和24个M46式子弹,是破甲兼杀伤作用的子弹;而M718式155mm反坦克布雷弹母体内有9个M73型反坦克地雷,6门155mm榴弹炮两次齐射,可布设300m宽、250m纵深的雷场.各国子弹及引信的设计基本上是在美国M42子弹和M223子弹引信的基础上进行的.1.1　M223子弹引信的构造与作用M223引信机构简图如图1所示[1].其中,水平滑块、雷管和解除保险推簧组成了引信的隔爆机构,Ξ收稿日期:2003209210　作者简介:顾强(1961-),男,工程师.主要从事探测制导与控制研究.1-雷管;2-发火击针;3-惯性体;4-引信体;5-柔性飘带;6-保险推簧;7-水平滑块;8-导爆药柱图1　M 223引信机构简图F ig .1　Sketch of M 223fuze structure柔性飘带、惯性体和发火击针则是引信的差动极阻尼力矩保险机构,既是引信的发火机构,又是子弹的飞行稳定机构[2].其作用过程如下:母弹飞抵目标区域上空,开仓抛出子弹串,相互套着的子弹分离飞散,外套子弹的弹体内壁或药型罩解除对被套子弹引信水平滑块径向运动的约束;飘带在气体作用下打开,逐渐稳定子弹的飞行姿态,使弹轴与地面的夹角基本保持垂直;在飘带和弹体之间所产生的差动极阻尼力矩的作用下,飘带带动击针相对于引信体旋转上升,将击针尖从水平滑块中拔出,解除击针对隔爆件的保险;水平滑块在推簧的作用下向左移动,雷管对正导爆药,引信处于待发状态.在子弹外弹道上,子弹落速很快降至平衡落速.碰目标时,在前冲惯性力作用下,击针戳击雷管,子弹爆炸,起到破甲和杀伤双重毁伤作用.1.2　M 223引信的基本特点由M 223引信发展起来的子弹引信与常规弹药及引信相比具有以下几个基本特点[3]:1)高阻外形.圆柱体子弹弹体附加柔性飘带的子弹气动外形,是一种典型的高阻外形.1-药型罩;2-子弹 ;3-子弹 ;4-子弹图2　子弹的串装方式F ig .2　Series assem ble p ro jectile 2)体积小、口径小、平衡落速低.在满足性能指标的前提下,为了提高母弹中装填子弹的数量,要尽可能地减小子弹体积,因而引信的尺寸也很小.一般子弹引信的外形尺寸不大于530mm ×32mm .由于飘带的作用,子弹弹道存速能力低,平衡弹速在40m s 左右.3)串装方式.为了提高母弹内腔空间的利用率以及母弹中子弹的装填密度,充分利用了其内凹空间使之能容纳包络另一子弹的外锥体部分,从而使子弹在母弹中一个接一个紧密地轴向串装起来.4)空间限位闭锁保险.子弹所采用的串装方式(如图2所示)为子弹引信提供了一个辩识子弹是否抛撒分离的空间环境.子弹抛撒分离前,子弹引信感受到的是封闭的空间和刚性的边界;而在此之后,则是开放的空间和无限的边界.这样引信就可以借助上一枚子弹的弹体内壁或药型罩来实现空间限位闭锁保险.同时,空间限位闭锁保险为引信提供了一种防止将已解除保险的引信装入母弹的措施.这种保险方式在引信设计中是独特的.2　安全系统研制发展现状目前,国内外装备的子弹引信普遍存在着不少问题,如:哑子弹的引信大多处于待发状态或易于通过手工动作转化为待发状态,爆炸物处理不安全;子弹落地姿态不佳,影响引信正常作用,并影响子弹破甲效能;而主要的问题是引信安全系统只有一套保险机构,无延期解除保险机构,不符合GJB 373A 297《引信安全性设计准则》.2.1　冗余保险及延期解除保险子弹引信的一个突出特点是使用差动极阻尼力矩保险机构,再以其他的保险机构作为辅助保险机构,包括:空间闭锁保险机构,离心保险机构,后坐保险机构和拉力保险机构等.拉力保险机构利用子弹63华北工学院学报2004年第1期抛出后,飘带打开伸展瞬间产生的提升力解除保险.但符合“冗余保险”要求的引信数量不多,如M 223引信采用差动极阻尼力矩保险机构,再辅以空间闭锁保险机构,即只有在引信装在弹上并与其他子弹串装后才具有冗余保险功能.这从引信本身来讲,只有一套保险机构.同时,差动极阻尼力矩保险机构为引信提供非常短的延期解除保险时间(约0.1s ),不满足(35～150)m 的远解距离;而子弹引信所能占有的体积相当小,专门设置远解的子弹引信寥寥无几.如:M 230子弹引信采用BLU 23定时器实现了远解特性,但M 230子弹引信所配用的是大口径M 73子弹,对于小口径子弹引信不适用.2.2　差动轮系延期解除保险机构目前,具有延期解除保险功能的差动轮系机构在引信中应用较多[1].对于子弹引信来说,如果在安1-小齿轮;2-击针;3-动齿轮;4-定齿轮图3　差动轮系机构原理图F ig .3　P rinci p le diagram of differential w heels全系统中加装差动轮系,使保险件击针在相对引信体旋转上升的过程中,从一般的每相对弹体转一圈拔出一个导程,变为相对旋转多圈才能拔出一个导程,延迟击针解除保险的时间.机构原理图如图3所示[4].假设动齿轮有29齿,定齿轮有30齿,二者均与小齿轮啮合,动齿轮与击针2连接,当飘带打开后,极阻尼力矩带动击针相对弹体旋转,由于轮系的差动作用,击针相对弹体转30圈,定齿轮相对弹体转过29圈,击针相对定齿轮转过1圈,也即击针轴向移动一个导程.这样,经过一定时间,击针移动一定距离后,就可以从滑块中拔出,达到延期解除保险的目的.2.3　手工解除保险M 223引信系列采用差动极阻尼力矩保险机构,再辅以空间闭锁保险机构,存在一个明显的缺陷,即用手工动作能解除保险.为什么子弹引信在装配和使用过程中出现事故的频率较高呢?这是一个主要的原因.装配好的引信飘带已折叠到位,击针插入滑块孔中限制滑块的移动,但击针与飘带铆接在一起外露于引信表面,若将飘带打开,将击针旋转几圈,击针上移解除对滑块的保险,引信处于待发状态,一旦击针下移,就有可能刺响雷管.因此可以在旋转弹的子弹引信中,采用离心保险机构.平时,离心销在离心保险簧的作用下,将隔爆件锁定在隔爆位置;也可以采用后坐保险机构,利用母弹发射时所产生的后坐惯性力解除保险.另外,还可以设置时序保险、故障保险和绝火等特性,使子弹引信的安全性能大大提高.3　发火机构技术发展现状子弹引信的发火机构设计大致经历了下面几个发展阶段:单一的机械惯性触发机构→万向发火机械触发机构→增设自毁机构→增设冗余发火机构.3.1　单一的机械惯性触发机构到万向发火机械触发机构由于子弹装填结构所限,子弹引信的主发火机构均采用弹底机械惯性触发机构,即发火机构是靠子弹碰击目标时所产生的前冲惯性力激励的,与目标特性有关.早期的子弹引信如M 223引信仅采用一套机械惯性触发式发火机构,在命中松软的土地、草地、丛林等软目标的情况下,引信已解脱保险,但发火机构失效.产生的原因主要有两个:①子弹所采用的飘带稳定方式,使子弹在空中的运动姿态不稳定,有些子弹着角大于60°;②由于母弹开仓高度的变化,子弹及引信高阻外形、风速风向的变化等影响,使子弹落速变化比较大,有些落速很低(30m s 左右),击针戳击能量不足而导致瞎火[5].为此,美国又研制生产了M 230型弹簧预贮能万向发火机械触发引信.此引信发火可靠性虽有所提高,但仍未解决该引信落入软介质的瞎火问题.德国HR 2式子弹及引信采用稳定飘带加稳旋翼片两部分稳定机构来稳定子弹的飞行姿态和落速.稳定带提供子弹下降运动的稳定力矩,使子弹以较大落角碰击目标,提高引信作用可靠性;稳旋翼片使73(总第93期)子母弹子弹引信技术分析(顾　强等)子弹在下降弹道上维持一定转速,一方面可以贮存自毁发火能量,另一方面也为子弹提供了旋转稳定力矩,避免子弹摆动和章动,提高子弹下降弹道的稳定性,使引信发火率得到很大提高.3.2　增设自毁机构到增设冗余发火机构由于一次战斗发射子弹的撒布面积是很大的,这样虽然子弹引信的瞎火率并不是太高,但对于大面积布撒的子弹来说,绝对瞎火率是较高的,战场和试验场上的未爆弹药构成了严重的安全隐患,增加了战场清理工作的负担;而降低子弹引信的瞎火率可采取的一个有利措施,就是在提高引信发火率的同时增设自毁机构;但是自毁机构无瞬发度而言,若主发火机构失效,即使自毁正常作用,子弹的破甲能力也已完全丧失,对装甲目标基本起不到毁伤作用,杀伤能力也大打折扣.因此人们开始转向冗余发火机构的研究.增设冗余发火机构就是在采用惯性触发式主发火机构的基础上,加一套利用落地环境信息的发火机构[6].这样子弹引信综合发火率可以提高到99%以上,而且两套发火机构几乎同时作用,可以提高子弹的破甲效能.4　子弹引信自毁技术发展现状我国自20世纪80年代子弹引信研制以来,由于引信发火可靠性问题没能解决,曾多次发生人员因处理哑弹而伤亡的事故.为此上级机关和部队经认真论证后提出:在子弹引信上设置自毁机构,将自毁要求列为引信研制的重要战技指标之一.早期的子弹引信如美国M 223,M 230引信都没有自毁功能,发火率主要通过提高发火敏感度来保证的子弹引信自毁机构主要有两种:1)利用火药实现自毁.由于子弹引信体积小,而火药式自毁结构简单,技术成熟,所占容积不大,因此过去常采用这种自毁形式.即当引信触发作用失效后,经一定时间使引信自行作用.开始采用药剂药盘自毁,但药剂容易受潮,自毁时间散布大;后来改用全密封金属软管延期索代替药剂,工艺性好,延期时间增长,但属于定时自毁,不能实现即时自毁功能.2)离心板自毁机构.即利用载体旋转角速度衰减特性来控制自毁.当子弹从外弹道环境切换到终点弹道环境时,利用引信所感受的外弹道环境能突降或消失,作为自毁的启动信息来实现即时自毁.因此,此机构称为“冗余发火机构”比“自毁机构”更为确切.该机构依赖于子弹外弹道旋转环境所产生的离心力,而不依赖于子弹碰目标时前冲惯性力的大小、方向和持续时间,并且无需识别目标特性,可以弥补主发火机构的不足,较好地解决发火可靠性问题.5　结束语经过以上分析可以看出:为了充分发挥子母式弹药的优越性,需要设计各项性能完备的子弹引信.为此,提出以下几条建议:1)子弹引信应增设冗余保险功能,延期解除保险功能等安全性措施,使其完全符合GJB 373A 297《引信安全性设计准则》.2)解决子弹的飞行稳定性,使引信主发火机构的发火率得到提高.3)主发火机构失效时,应实现即时自毁,使子弹对装甲目标起到毁伤效能.参考文献:[1]　M I L 2HDBK 2757.美国军用手册2引信[S ],1994.[2]　马宝华.引信构造与作用[M ].北京:国防工业出版社,1984.[3]　赵玉清.中美子弹引信设计思想分析与对比[J ].探测与控制学报,2001,23(4):41-44.[4]　卢向红.具有延期解除保险功能的子弹引信安全系统差动轮系动态特性研究[J ].探测与控制学报,2001,23(4):31-36.[5]　姜仁元.子母弹子弹引信自毁技术[J ].南京理工大学学报,2001,25(3):313-316.[6]　傅文杰.子母弹子弹引信爆炸物处理安全性研究[J ].军械工程学院学报,1999,11(1):27-31.83华北工学院学报2004年第1期。