电视制导航弹安保装置设计.doc

1 引言1.1 本设计的研究背景电视制导航空炸弹是空军对地面设施进行攻击的主要弹药，具有威力大、成本低的特点。20世纪60年代初，由于美军在越南战场上损失大量作战飞机，消耗大量常规弹药后，重新开始发展制导炸弹，并成功研制第1代制导炸弹，典型的有“宝石路”激光制导炸弹，“白星眼”电视制导炸弹。20世纪70年代中期，美国为提高制导炸弹的命中精度与抗干扰能力，对第一代制导炸弹加以改进，改进重点为制导系统与空气动力组件。改进后的制导炸弹采用模块化结构和一弹多头体制，可根据不同的作战对象和作战环境更换不同的导引头，同时由原来主要对付地面静止目标发展到能打击坦克、车辆等运动目标，尤其是80年代中期后，美国开始将其装备于直升机上，成为攻击地面集群装甲目标的“杀手锏”武器。90年代以来，在高新电子信息技术的推动下，精确制导武器的性能得到大幅度的提高，这集中表现在精度制导、高精度传感器和近实时的数据处理与通信系统三方面。在海湾战争中，多国部队使用各种导弹、制导航弹、末制导炮弹多达五十多种，这标志着能够精确打击目标的武器已经成为现在战争的主要突击力量。因此，世界各国均不同程度的调整国防计划，大力发展精确制导武器，力求在未来军事比对中保持绝对优势1,2。1.2 制导航弹在国外同类武器发展的现状与趋势美国的风力校正弹药布撒器(WCMD)是常规弹药布撒器的改装武器，始研于海湾战争末期，由洛克希德马丁公司和阿兰德/德克萨斯仪器公司改装。WCMD对常规航弹的改装主要是加装尾部组件，即在尾部加装惯性制导系统、可弹出活动尾翼、传动电机和数据器。该尾部组件可实施对航弹的控制和操纵，使航弹沿着预定的弹道飞行。WCMD力对弹道的影响降至最低，从而提高了高空投弹时的轰炸精度3。80年代以来，较大规模的局部战争在不同程度上使用了精确制导武器，且比率越来越高。在1991年的海湾战争中，精确制导武器的使用量约占总投弹量的8%，科索沃战争上升到35%，阿富汗战争达到了60%，而在伊拉克战争中，美军空袭使用的GPS辅助制导的精确制导弹药超过了90%4,5。因此，在各个国家的陆、海、空以及航天等各类武器装备中，精确制导技术已不可缺少。1.3 电视制导技术的概述电视制导是利用电视摄像机捕获、识别、定位、跟踪直至摧毁目标。电视制导系统工作时从电视图像上可以直接看到目标图像，因而可以可靠的辨识目标、识别敌我，不向外辐射无线电波，不会被敌方的电子干扰装置所干扰，由于电视的分辨率高，制导精度很高、工作可靠,因此是一种好的末制导技术6。但可见光电视不能在夜间工作，不能探测烟雾遮挡的目标。现代的系统中安装了热象仪，它可以在夜间工作，对烟雾也有一定的穿透力，大大扩展了电视跟踪系统的作用时域7,8。可见光跟踪系统由于低空性能较雷达优越，在跟踪冷目标方面较红外优越，特别是在跟踪近距离目标时，具有显示直观，有利于截获和跟踪目标、跟踪精度高、抗电子干扰性等优点，因而备受青睐。1.4 航空炸弹引信的结构和要求1.4.1 航空炸弹引信的具体结构现代的航空炸弹一般地讲是由弹体、安定器、装药、引信和悬挂装置组成的9,10。弹体就是炸弹的外壳，用来连接各部分零件，装填炸药，并构成炸弹所需要的形状和强度。安定器，也叫做尾翼，装在炸弹的尾部。它的用途是使炸弹投下后能稳定地在空运转，也就是说，使炸弹在运动的时候，头部向下，不致在赛中滚转。这样，就能使炸弹沿着一定形状的弹道(炸弹运动的轨迹)在空中运动,以便准确地命中目标。装药是用来达成炸弹的爆炸效果的。一般炸弹装的是爆炸药，而在燃烧弹中装燃烧剂，在照明弹中装的是照明剂。引信，也叫做信管、雷管，它是在规定时间内，诱发弹爆炸的装置。一般装在炸弹的头部，也有装在炸弹尾部的，或者头部尾部都装的。悬挂装置包括弹箍,弹钩（或弹耳)，用来将炸弹悬挂在飞机的炸弹架上11,12。1.4.2 航空炸弹引信的一些要求航空炸弹除应满足弹药的装药安定性、长储性、构造简单、成本低廉、能大量生产等基本要求外，还应满足如下要求： (1)攻击目标广泛性航空炸弹可对敌前方和后方的指挥所、通讯交通枢纽、飞机场、雷达、火炮和导弹阵地、坦克群、水面舰艇、水下潜艇、工厂、经济中心、政治中心、仓库、地下掩蔽所等任何目标和有生力量进行广泛性摧毁性打击。（2）与载机具有良好的相容性 航空炸弹的品种、型号应该广泛适用于强击机、轰炸机和歼击轰炸机挂载炸弹的需求， 具有作战和训练使用的灵活性。 （3）载机安全，弹道稳定必须保证挂载飞行、投弹时载机的安全性 炸弹在下落过程中的稳定性是十分重要的， 如果炸弹落下时不稳定，炸弹碰击地面时将出现不稳定力矩，严重降低炸弹的侵彻能力， 同时使跳弹的可能性增大，危及载机安全。另一方面，弹道不稳将会造成较大的散布。1.5 发展前景 为了适应现代作战的需要，航空炸弹越来越多地采用小动力或滑翔技术，以增大战术空间；采用低空炸弹，以提高突防效果；采用各种制导方式，以提高直接命中精度和全天候作战能力；采用高能炸药，以提高杀伤威力等。从提高航弹威力的角度看，继续研制先进的炸药技术，例如分子间炸药，能有效提高航弹的杀伤力。电磁炸弹等新体制的航弹也是重要的发展方向。常规电磁炸弹已在伊拉克参与了实战。这种炸弹多数采用爆炸磁压缩发生器（）原理：炸药爆炸的能量作用于金属爆炸管，迅速压缩磁通量，从而将爆炸化学能转化为电磁能，获得高功率电流脉冲，杀伤敌方的电子设备。另一个方向是光杀伤航弹，利用爆炸化学能产生巨大的光脉冲，干扰、杀伤战场上大量的光学设备。从结构上看，“模块化”将成为新一代航弹的重要特点，装药、弹翼、引信等可以快速拆装组合，适应各种用途。对于现役航弹来说，配上制导模块，能够快速的组合成不同用途、不同制导体制的空地武器。而许多作战场合也需要这一“低技术武器”，例如较大的面目标（电厂、车站、码头等）还得用大量航弹方能有效毁伤。可以肯定，尽管制导武器已经成为空地武器的主流，但航空炸弹仍有着强大的生命力，仍值得我们予以充分重视。1.6 航弹引信的设计 查相关资料得知安全系统有保险机构、保险线路和隔离机构组成，用于保证战斗部进入目标区前引信的安全。隔离机构将雷管与下二级传爆元件隔离开来的引信，称为全保险型引信。引信安全系统必须有两个独立的保险件，其中每个保险件都必须能防止意外解除保险，而解除两个保险件的力必须从不同的环境获得，成为双环境力全保险型引信。电视制导航弹是非旋转弹，在具体的结构设计上，在此航弹引信中可以使用的是弹簧滑块隔爆机构，即由弹簧推动滑块作平移运动的隔爆机构，当航弹飞行了一定距离后隔爆机构解除保险后转动，使雷管与爆炸序列对正引信处于待发状态13,14。电视制导航弹可利用的环境力很少，在任务书中给出的拔脱力约200N，另一环境力来源于空气阻力，它是一种取之不竭的能源，为了能更好的利用它，在航弹引信上可设置一外露旋翼机构，便可实现双环境力的全保险结构15,16。1.7 本设计的研究内容或解决的问题（1）电视制导航空炸弹是空军对地面设施进行攻击的主要弹药，具有威力大、成本低的特点。本课题要求对电视制导航空炸弹引信安保装置进行设计。设计引信为全保险型引信，有双环境力保险机构。（2）根据设计航弹的相关要求，合理选择出符合电视制导航空炸弹引信的隔爆机构的适用类型，还有选出或创造出除拔脱力外的另一环境力，使航空炸弹处在爆炸前于安全状态，并且能够是时引爆。1.8 本课题拟采用的研究手段1采用弹簧滑块隔爆机构，保证隔爆安全性，从而实现全保险型要求。2利用飞行时空气阻力和自身的重量，作为解除保险的能源，保险机构采用的是空气动力保险机构，在航弹外设计一旋翼机构，与内置的二级减速轮系机构一起实现冗余保险。3采用二级减速轮系机构来实现延期解除保险功能。2 航弹简介和航弹引信的基本理论2.1 航弹炸弹的一般形状22 引信221 引信的定义“引信是利用目标信息和环境信息,或按照事先设定的条件，在保证弹药平时和发射时安全的前提下，对弹药实施起爆控制，点火控制及姿态控制的装置。” 从引信的上述定义，可以看出现代引信的三大特征：引信纯粹用于军事目的；引信是一个信息与控制系统；引信药在预定条件下实现其功能，这些预定条件的本质就是“最优”。222 引信的功能一般来说，现代引信应具有三个功能：1. 在引信生产装配、运输、贮存、装填、发射、以及发射后在弹道起始段上，不能提前作用，以确保我方人员安全；2. 感受目标的信息并加以处理，确定战斗部相对于目标的最佳起爆位置；3. 向战斗部输出能量足够的起爆信息，完全的引爆战斗部17。223 引信的组成 引信作为一个信息系统，它的入口至少有三个，即发火控制系统、安全系统和能源装置。发火控制系统是引信最重要的功能系统，它保证引信在遇到不同的目标，在不同的弹目交会条件下，在适当的位置起爆弹药。它不仅可以感受目标及背景信息（触发、近炸、周炸引信），还可以感受火控系统的信息（时间引信），发射及飞行环境信息（计路程引信、自适应调整时间引信），指令信息（指令引信）和制导系统的信息（特别是近炸引信）。安全系统是引信必不可少的另一重要组成部分，它的基本功能是保证引信勤务处理时、发射时以及在弹道上要求的安全距离之内的安全性，而超过此距离必须解除保险，使引信转为待发状态。它不仅可以感受环境（特别是发射、飞行环境）信息，还可以感受制导系统的信息（目标基安全系统）和指令信息（导致绝火或自毁）。能源装置可以利用内储能，靠感受环境信息而激励，也可以利用环境能，依靠环境能的转换而工作，还可以直接利用弹上能源。224 引信的作用过程 引信作用过程是指引信从发射开始到引爆战斗部主装药的全过程。引信在勤务处理时的安全状态，一般来说就是出厂时的装配状态，即保险状态。战斗部发射或投放后，引信利用一定的环境能源或自带的能源完成发火前预定的一系列动作而处于这样一种状态：一旦接受目标直接传给或由感应的来的起爆信息，或从外部得到起爆指令，或达到预先装订的时间就能发火，这种状态称为待发状态，又称待爆状态。从引信的功能和定义的分析可知，引信的作用过程主要包括解除保险、发火控制过程和引爆过程。引信首先由保险状态向待发状态的过渡过程，称为解除保险过程。已进入待发状态的引信，从获取目标信息开始到输出火焰或爆轰能的过程称为发火控制过程。将火焰或爆轰能逐级放大，最后输出一个足够强的爆轰能使战斗部主装药完全爆炸，次过程称为引爆过程18。225 引信的要求a.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，在规定条件下不解除保险和爆炸的性能。 b.引信可靠性是引信在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。起规定条件包括引信在生产、勤务处理和使用过程中所经受的各种环境条件。其规定时间包括从成品检验、勤务处理、使用，一直到正常作用所经历的时间。其规定功能包括安全性、解除保险可靠性、引爆（燃）的适时性和完全性、抗干扰性等性能。 c.引信使用性是在勤务处理和使用过程中，安装检测及装定引信时的可操作性，以及操作的可靠性、快速性，准确性等综合性能。 除此之外，引信还的具备引战配合性、环境适应性、抗干扰性、标准化、经济性、长期储存稳定性19。2.3 航空炸弹的一般规格 我们常把航空炸弹的重量作最基本的分类标准，例如美国航弹通常分为磅、磅、磅、磅等不同级别。磅等于千克，我们常在新闻报道中看到千克炸弹等带零头的数字，就是英制重量单位换算为公制单位所造成的。采用公制的国家，其航弹多数分为千克、千克、千克、千克等规格。但航弹实际重量总是与其规格并不相等，而且在储存状态时因不装引信、弹箍等部件，重量又有少许变化。例如，我国型航弹实重千克，型航弹实重千克。一般来说，千克级别航弹长到米之间，直径到不等，同样随引信、弹箍等部件的拆装而发生变化。特殊航弹则一般不归入特定规格级别，例如美国有千克的“滚球”超大型炸弹，以及近期研制的吨级“炸弹之母”。我国也有重达吨的型航弹，刚好能装在轰的弹舱里，并曾随轰出口国外。2.4 航空炸弹有多种分类方法 按圆径分为小圆径炸弹、中圆径炸弹和大圆径炸弹。所谓炸弹的圆径是化成简单整数后以kg 计的炸弹质量（名义质量）。中国和前苏联有0.5、1、2.5、5、10、15、25、50、100、250、500、1000、1500、5000、9000kg 等圆径系列。我国通常将100kg 以下的叫小圆径炸弹，将250500kg 的叫中圆径炸弹；将1000kg 以上的称为大圆径炸弹。我国圆径最小的炸弹是1kg，最大圆径炸弹是3000kg，美国库存最大圆径炸弹重为20 吨。 按用途可分为三类：按照用途可分为主用航空炸弹、辅助炸弹和特种炸弹。主用航空炸弹是直接摧毁或杀伤目标的航空炸弹，包括爆破、杀伤、杀伤爆破、穿甲、半穿甲（反跑道炸弹）、反坦克、燃烧、爆破燃烧、航空燃料空气炸弹等。还包括核炸弹。 辅助炸弹是在轰炸和航行过程中起辅助作用的航空炸弹，包括航空训练炸弹和航空标志炸弹等。 特种炸弹是用来完成特定任务的航空炸弹,包括航空照相炸弹、航空照明炸弹、烟幕炸弹、宣传炸弹等。 按照所受空气阻力高低分为高阻炸弹和低阻炸弹。 高阻炸弹的特点是外形短粗，长细比小，流线型差，空气阻力系数大，只适用于跨音速以下的飞机内挂使用。 低阻炸弹的外形细长，长细比大，流线型好，阻力系数小，适用于高速飞机外挂使用。 按炸弹使用高度可分为中、高空炸弹和低空炸弹，中、高空炸弹没有减速装置，低空炸弹有减速装置。 按装药可分为两类：常规航弹和核弹，常规航弹采用普通装药，如燃烧炸弹、穿甲炸弹、杀伤炸弹等;核弹采用核装药，如原子弹、氢弹。 按照有无制导装置可分为非制导炸弹和制导炸弹两类。 非制导炸弹，即普通炸弹,是指从载机投放的靠惯性自由下落或依靠火箭增程的炸弹，此类炸弹命中概率低。 制导炸弹是指载机投放后，利用制导装置能自动导向目标的炸弹，命中精度高，比普通炸弹命中精度提高了上百倍。目前已装备部队使用的制导炸弹制导方式主要有激光制导炸弹、电视制导炸弹、红外制导炸弹和雷达波制导炸弹等。2.5 航空炸弹引信的战术技术指标分析2.5.1 安全可靠性要求航空炸弹引信安全可靠性要求，一般应包括：a) 勤务处理安全引信在由于出厂到载机起飞前的运输、贮存、装定及挂弹等勤务处理过程中不得解除保险和发火。b) 载机飞机安全性引信在挂弹后，在载机飞行过程中以及带弹着陆时不得解除保险和发火。c) 投弹安全性和弹道安全性引信在载机投弹时和在规定的弹道距离（或保险时间）内，不得解除保险，而在解除保险后不应发生弹道早炸。d) 引信投弹的安全性引信在载机作应急不爆炸投弹时不应解除保险和爆炸。2.5.2 作用可靠性要求航空炸弹引信作用可靠性要求，一般应包括：a) 解除保险可靠性投弹后，引信应在所要求的时间（或距离）内可靠解除保险，适时处于待发状态。b) 故障保险安全性在弹道上当炸弹的减速装置失效时，引信不应解除保险。c) 对目标作用可靠性在投弹后，引信应按所规定的条件适时发火或爆炸，并且应爆发完全。2.5.3 使用性要求航空炸弹引信使用性要求，一般应包括：a) 环境适应性引信在规定的环境条件下（如温度、湿度、盐度、霉菌及电场、磁场等）应能正常作用。b) 操作使用性引信在本身装定及往弹上安装时，要求操作简单可靠，在撤销战斗任务时，应能较容易地由战备状态恢复到平时保险状态。c) 贮存性能引信在规定的长贮存内，不应产生影响性能的锈蚀、发霉或变形等，在战时应能满足使用要求。3 设计主要技术指标及分析3.1 主要技术指标3.1.1 引信类型 全保险型引信3.1.2 延期解除保险距离 >100m3.1.3 具有冗余保险机构3.1.4 具有延期解除保险机构3.2 技术指标分析第1.1项安全性指标是非常重要的，它要求引信除全面满足GJB373A-97引信安全性设计准则的要求。但因该弹发射初速低、非旋转，冗余保险不易实现。经过调查研究与分析得出的结论是，要想在该航弹引信上达到第1.1项指标，设计有一定的难度。第1.2项是关于该引信延期保险机构的要求，要求航弹下落时的保险距离大于100m，按弹丸速度100m/秒计算，出枪口0.5秒后解除保险，时间散布范围大，对延期解除保险机构的性能要求比较低，因此延期保险机构的设计难度不是很大。经对战术技术指标和有关要求的初步分析，该引信的设计需主要解决以下关键技术20：1.双环境力保险功能的实现：该弹发射初速低、非旋转，能够利用的环境能源较少，因此要实现双环境力保险功能存在一定的难度21。2.航弹下落保险距离的实现：航弹从飞机上释放时，下落一段距离，旋翼转到一定的转速再解除保险，这段距离为保险安全距离，由于引信受体积和重量的考虑，本设计中的引信应采用机械引信，相对于机械引信，该引信所要求的保险距离精度较高22。3.航弹引信的延时保险机构的实现:由于设计的该航弹引信具有延时的作用，而实现此作用的机构是利用二级减速轮系之间的传动来实现的，设计二级减速轮系是机械设计中轮系的范畴，比较容易实现设计。33 技术方案的分析和选择 根据对战术技术指标和作战使用性能的分析，及战斗部对引信提出的技术要求，经过充分论证，认为由于引信设计空间较小，弹丸为非旋转弹，因此所能利用的环境能源较少，该引信设计存在较大的难度23。为满足全弹总体和使用要求，必需要充分利用环境能源和有限的的空间，并对国内外航弹进行了研究，充分吸取有益的结构设计，并结合现代引信技术设计了该引信的技术方案。常规的引信一般分为机械引信、机电引信和电子引信三大类，采用技术成熟的机械引信，是现实可行的，并可有效缩短研制时间，其具有较高的性价比22。为确保有利炸高，缩短全弹长，将引信设计为弹头引信，采用成型传爆管技术，实现弹头触发、弹底起爆，满足杀伤的要求，并要求具有较高的瞬发度和较强的环境适应性。可利用飞行时空气阻力，作为解除保险的能源，实现冗余保险。采用二级减速轮系机构来实现延期保险解除保险功能，采用滑块隔爆机构，保证隔爆安全性。根据以上分析，所设计的引信总体结构框图见图3.1 传爆序列瞬发触发机构保护帽部件延期解除保险机构空气动力保险机构隔爆机构图3.1 引信总体结构框图4 主要机构的选择与设计4.1 空气动力保险机构选择与简单计算 气体动力保险机构可分为空气动力保险机构和燃气动力保险机构。空气动力保险结构还可分为活塞式空气动力保险机构、旋翼式和涡轮式空气动力保险机构。对于航空炸弹，设计所适用的是旋翼式空气动力保险机构，旋翼式空气动力保险机构是利用弹丸飞行中迎面气流的作用使旋翼旋转而接触保险的机构。它只适用于亚音速飞行的引信，通常用于航弹引信或火箭弹引信。旋翼式空气动力保险机构，可分为旋翼螺杆式与旋翼离销式两种结构形式，下图是其结构图：换离心销为离心板时，可构成另一种结构形式，见图4-3：该种保险结构的设计，主要是旋翼的设计，使其满足可靠启动与可靠解除保险条件。对旋翼螺杆式，平时安全多由，运输保险机构保证，只需验算可靠解除保险条件。对旋翼离心销式尚须验算平时安全性，其方法与一般离心保险机构相同。旋翼保险机构的可靠启动保险条件的表达式为：Mt>Mf 式中 Mt-整个旋翼的旋转力矩（N.S）； Mf-整个旋翼的摩擦力矩（N.S）。可靠解除保险条件（仅对离心销式）的表达式为wmax>(4/3 3/2)wb 式中 wmax - 旋翼的最大角速度(rad/s); wb - 保险结构解脱时旋翼的角速度(rad/s)。旋翼螺杆式只须其转角1=2*Nb(Nb解除保险需要的转数)时，即可解脱。达到1的时间在安全距离之外即可。国内外非旋转弹引信的常用后坐保险机构的形式按关键零件的种类可分为钢珠式后坐保险机构（如4.1图）和卡板式后坐保险机构（如图4.2）等，按运动形式的不同，可分为制动式后坐保险机构（如图4.3）以及单、双自由度后坐保险机构（如图4.4）等24。 图4.1 钢珠式后坐保险机构 图4.2 连环卡板式后坐保险机构 图4.3 制动式后坐保险机构 图4.4 曲折槽后坐保险机构 表4.1 常用后坐保险机构性能比较保险形式连环卡板式制动式单自由度曲折槽环境适应性能适应低膛压可适应低膛压高膛压可适应低膛压结构复杂性复杂复杂简单较复杂主要特点环境适应性好可提供延期保险简单可靠环境适应性能好占用体积大大小较大存在问题零件多，系统复杂体积大环境适应性较差零件多，系统较复杂保险机构是为了防止引信的发火机构、隔爆机构和其它机构在勤务处理和发射过程中发生意外作用，在预定条件下才解除保险的各种装机构。保险机构是引信安全系统中的重要组成部分，它具有对环境信息的识别和转化功能，以及对引信安全系统状态的转换与控制功能。因此，保险机构不仅是引信安全系统的环境信息识别器和处理器，而且还是引信安全系统状态的转换器和控制器。 因为k1值足够大，采用单自由度后坐保险机构足将跌落冲击与发射后坐冲击区分，因此在本设计中选用了如图4.5所示的单自由度后坐保险机构25。 4.5 单自由度后坐保险机构4.2 延期解除保险机构的选择 在安全距离外才使引信解除保险的机构，称为延期解除保险机构。延期解除保险机构也具有保险和解除保险的两个功能，故延期解除保险机构也是保险机构。平时和发射后它应保证引信中被保险零件处于被控制的保险状态，当弹丸飞到安全距离外时，立即释放被保险零件，使其由保险状态迅速变为待发状态。目前机械着发引信上常用的延期保险机构有；I. 火药式；II. 保险带式；III. 气（流）体阻尼式、准流体式；IV. 易熔合金式；V. 无返回力矩调速器式；VI. 差动或多付传动减速轮系式等。各种延期保险机构的性能比较如表4.2。表4.2 各种延期保险机构的性能比较类型IIIIIIIVVVI安全性差较好好好好好保险时间散布大偏短散布大偏短设计决定设计决定长贮性不好好好欠佳好好结构与成本结构简单、成本低结构简单、成本低结构简单、成本低结构简单、成本低复杂、成本高较为复杂适应初速高高航弹属于低速非旋转弹，不能采用保险带式和易熔合金式延期保险机构，火药式结构安全性差，时间散布大，并且长贮性不好，也不能采用气流体阻尼式和准流体式时间散布大，应用于本项目有困难。而无返回力矩调速器式延期保险机构与差动或行星减速轮系式机构相比较，无返回力矩调速器结构过于复杂，占用尺寸过大。因此本方案采用减速轮系作为延期保险机构。国内外引信采用减速轮系作为延期保险机构的代表引信有我国的即系列和美国的一弹尾引信。延期保险机构的结构框图如图4.6，结构见如图4.7。以迎面气流的压力作为解除保险的能源，可实现延期解除保险功能，该机构同时提供冗余保险，它与第二环境保险相结合，使在整个延期解保险距离内第二环境保险一直约束着滑块，一旦第二环境保险解除对滑块的保险，滑块就很快完成转正动作，滑块具有“锐启动”的特性，可以确保在安全距离内维持有较高的隔爆度水平。并且采用加工参数和装配参数来控制延期解除保险的实际距离，既可以通过调整齿轮轮系的齿数改变速比，从而改变延期解除保险距离，又可以改变击针插入滑块的深度，通过改变解除保险所需的涡轮转数来改变保险距离26，使得对引信实际延期解除保险距离的调整非常简单。 旋翼击针保险传动轮 4.6 延期保险机构结构框图 A. 外观 B. 轮系 图4.7 延期保险机构4.3 瞬发触发机构的设计靠引信发火机构中的击发体直接碰击目标而工作的发火机构，称为瞬发发火机构。应用最多的是针刺式发火机构，是触发发火机构中的一种。瞬发发火机构具有高灵敏度和高瞬发度两大特点。它有两种结构，一种击针杆外露，一般都设计有中间保险弹簧，在击针碰击目标后，会损耗一部分戳击能量，从而导致机构的瞬发灵敏度和引信瞬发度降低，且因击针为活动件，不易密封；另一种引信又盖箔包住，击针不外露，可以不设置中间保险弹簧，且盖箔很薄，能量损耗少，不仅提高了机构的瞬发灵敏度而且还有利于引信密封。航弹初速低，为保证碰目标时其瞬发度与大着角发火的可靠性指标，必须在机构上采取特殊措施。常用触发机构如图4.8所示，在约米秒的着速下，这种发火机构瞬发度达到设计要求将比较困难，因此本方案不予考虑这种机构。在前苏联的苏一引信和我国的引信中，采用了如图4.9的高性能瞬发触发机构，该机构的结构复杂，质量较大，而在本设计中，引信质量要求较轻，而且苏一引信触发机构必须装在弹头，而由上文所述，延期保险机构采用迎面气压驱动，因此不能采用该机构作为本设计引信的瞬发机构。 图4.8 常用触发机构 图4.9 DRS87触发机构 图4.10 瞬发机构基于以上认识，本方案所设计的瞬发机构如图4.10所示。该机构的特点是碰目标时，头部的整流罩作为一个运动部件与涡轮保险机构一起下行，而不是作为需要损耗能量的薄弱环节，因此，碰目标时瞬发度与大着角发火的可靠性指标均有较大的提高。整流罩与引信体分体的设计使触发机构增加了一个导向带，提高了引信的作用可靠性。4.4 隔爆机构解除保险前将爆炸序列中的一个爆炸元件与下二级爆炸元件相隔离，一隔断爆炸序列的爆炸传递，解除保险后能可靠传递爆炸的机构，称为隔爆机构。所以，隔爆机构的基本功能是在引信处于保险状态时能可靠隔爆，在预定条件下又能可靠解除隔爆，并能满足起爆完全要求。凡装有敏感起爆元件的引信均应设置隔爆机构，以防起爆元件提前作用所带来的危害。要求隔爆机构在勤务处理过程中处于隔爆状态，待解除保险后，使隔爆件运动到解除隔爆状态。隔爆机构有水平转子式、直转子式、转子式以及滑块式等，在本设计中，采用了弹簧滑块隔爆机构27。由弹簧或离心力推动滑块平衣移动运动的隔爆机构，称为滑块隔爆机构，如图4.11。 图4.11 弹簧滑块隔爆机构 如图4.11，击针的故障卡子将其挡住，假如空气动力保险先于拔脱保险而解除保险，此时转子与故障卡子形成互锁，使拔脱保险永远不能解除，引信处于绝火状态。因此，该引信只有在正常的解除保险逻辑时序先后坐后弹道飞行下才能解除保险，提高了引信的保险系数。 滑块隔爆机构的可靠性，主要取决于雷管药量、雷管外壁至导爆药边的距离、隔板厚度、导爆药孔底隔板的厚度、隔板材料及装药方式等。4.5 传爆序列引信爆炸序列是指爆炸元件按敏感度递减、度递增的顺序排列的序列。它的功能是把一个小的冲量有控制地放大到足以起爆弹药主装药的能量。传爆序列最后二级爆炸元件输出的是爆轰冲量，一般有火帽（或电点火头、电点火管）、雷管、导爆管（或导爆药柱）、传爆管（或导爆药柱）等组成。传爆序列的选择在很大程度上影响着引信的结构，根据弹所要实现的功能及引信的结构，为保证弹的杀伤威力，采用的传爆序列利用爆炸产生的飞片动能，实现弹头触发、弹底起爆的传爆序列方式。它可使引信具有高的瞬发度和有利的炸高，又不占用弹的装药空间。采用该传爆序列可有效解决“全弹重量长度”与弹的多功能威力的问题，以实现新一代枪榴弹的多功能、小型化。通过以上对各主要机构的选择与设计，引信总体结构图见图4.1228。（为了保证引信平时勤务处理时的安全性和密封，平时在引信头部安装一保护帽部件，在发射时，保护帽部件需摘除。） 4.12 引信结构图5 构造与作用原理5.1 构造与作用 该引信结构如图4.12所示。5.1.1 引信构造 引信主要由引信体部件、保护帽部件、机芯部件包括隔离机构和延期解除保险机构）及底螺部件、整流罩等零部件组成。5.1.1.1 引信的保护帽部件在贮存及勤务处理过程中起密封、保护引信头部及防止祸轮转动的作用，发射前需摘除。5.1.1.2 该引信具有瞬发触发和惯性触发功能，由整流罩和延期解除保险机构构成瞬发触发机构，实现瞬发触发由隔离机构的惯性前冲实现。5.1.13 该引信以发射时的直线惯性力和飞行时的迎面气流压力作为解除保险的能源，满足冗余保险的要求；利用旋翼二级减速轮系机构来实现延期解除保险，延期保险与第二环境力保险相结合，能可靠满足保险距离大于50m的要求。5.1.1.4 隔爆机构为滑块式，适合非旋转弹引信29。5.1.15 引信的传爆序列为雷管一导爆管传爆管弹的接力药柱，可实现弹头触发、弹底起爆，满足弹的最大杀伤要求。5.1.2 作用原理勤务时，保险件后坐筒部件和击针锁定滑块，使雷管处于隔离位置。保险叉把旋翼与惯性体连接，使旋翼固定起来，防止旋翼旋转造成不必要的事故。发射前，去掉保护帽。发射时，由于航弹自身的重量比较重，会在重力的作用下产生拔脱力解除第一道保险；弹道中，在迎面气流的作用下，旋翼带动二级减速轮系旋转，使击针缓慢地从滑块中拔出，在距枪口50m以后处释放滑块，滑块在滑块弹簧的作用下使雷管与击针对正，引信处于待发状态。弹道簧确保引信在弹道中安全。 碰目标时，整流罩在目标反力的作用下，克服弹道簧抗力，压触发机构下行，同时，隔离机构在惯性力的作用下前冲，使击针刺雷管发火，通过传爆序列引爆弹丸。5.2 结构、性能特点5.2.1 具有自动定距功能，适应范围广该引信保险距离的变化受弹初速的影响较小，当弹初速较大时，旋翼旋转速度较快，击针拔出时较短，当弹初速较小时，旋翼旋转速度较慢，击针拔出时较长。因此它适应初速变化范围较大。另外，可采用加工参数和装配参数来控制延期解除保险的实际距离，使得对引信实际延期解除保险距离的调整非常简单。5.2.2 安全性高由于第二环境力保险与延期解除保险相结合，隔爆机构具有“锐启动”特性，确保了在安全距离内维持有较高的隔爆度水平27。5.2.3 具有较高的瞬发度和大着角作用可靠性因引信旋翼凸出于引信体之外，构成了外露式触发机构，特别是采用了外加分体式整流罩的结构设计，可有效提高引信的瞬发度和大着角作用可靠性。5.2.4 环境适应性好由于该引信设有防风防尘装置，在风沙环境下，该武器系统能够正常使用，扩大了武器系统的使用环境范围。5.2.5 功能集中，简化了结构引信头部机构具有延期解除保险、触发、第二环境力保险功能及良好的环境适应性等。6 主要机构的设计计算6.1 旋翼的相关设计和验算空气动力保险机构活塞式空气动力保险机构、旋翼式和涡轮式空气动力保险机构。旋翼式空气动力保险机构是利用弹丸飞行中迎面气流的作用使旋翼旋转而接触保险的机构。它只适用于亚音速飞行的引信，通常用于航弹引信或火箭弹引信。表6.1 几种常用旋翼几何参数旋翼参数产品名称航引-4航引-8航引-13航引-17叶片形状片状片状片状圆球状旋翼最大外形尺寸mm7010010080叶片数8444叶片工作面积mm22072503.5225157叶片到转轴平均半径mm3536.7552.530叶片对弹轴的倾角50。45。30。0。叶片对弹轴的倾角越大，旋翼旋转的速度也就越大，暂且我们就研究航引-4的旋翼机构是否满足解除保险的要求。翼片结构如下图所示：图6.1根据空气动力学原理推导出投弹瞬间风翼启动力矩公式:Mt=nrsv2CL/2风翼启动时静摩擦力矩公式:Mf=(nsv2CD/2+1.2SOv2/2)rf式中n旋翼叶片数; r翼面几何中心到转轴的距离; s翼片面积; 空气密度; SO风翼中央部份面积; v投弹瞬间速度; CL实验确定的升力系数; CD实验确定的阻力系数; r摩擦半径; f摩擦系数。设计航弹引信的相关参数，确定旋翼是否能解除保险：设航弹的投弹速度为100m/s,为计算简化，可认为风翼由四片翼片组成，但其风翼中央面积S。不变。查:航引-4甲、乙引信风翼资料后计算得:r=2 .7cm ，r=0 .88cm，v=100m/s，So l=5.66cm2，附加限制圈面积So2 =2.56cm2So=So+So2=8.22cm2,翼片面积: S=2. 59cm2因风翼保险筒螺纹规格是 M18 x 0.75，故f=tan(+)=tan (1。+30。)=0 .25当攻角0=50。时查表:CL=0.8 ,CD=0.8取p=0. 123 * 10-8kg .s2/cm4由 Mt=nrsv2CL/2 式得 Mt=4*2.7*2.59*0