旋翼式空气动力保险机构在迫1―甲引信中的应用设计

　　中图分类号 E932.1 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）119-0198-03

　　0 引言

　　在整个引信系统中，保险机构是非常重要的组成部分，保险机构是保证引信的隔爆机构、点火机构以及引信的内含能量在非战斗状态下出去安全状态，当战斗部出炮口后在某一弹道点的位置时，引信依靠保险机构的相关部件起作用而解除保险，从安全状态转变为待发状态，这就是引信解除保险的过程。抗战时期和国内战争时期，由于战争的急促行和兵工技术水平等诸多因素的限制，设计制造的引信质量上有很多缺陷，近些年，兵工部门对产品的设计提出了很多新的要求，如国军标GJB373A明确规定引信必须具有冗余保险，即单个引信必须具有两套独立的保险机构，其中每一个机构都能防止引信意外解除保险和因引信原因使弹药意外爆炸，而且这两个保险装置应从不同的具体环境获得启动力。

　　引信的保险机构的启动力主要依靠内含能源或环境能源。所说的内含能源，是设计引信的时候就附带的启动力能源，如储能电源、火药动力机、拉压簧等零件或部件；环境能源是指可以在战斗部发射瞬间或飞行过程中升温、升压或产生加速度等外界环境与弹药系统作用产生的能源。迫击炮属于滑膛炮，所以其炮弹的稳定方式只能是尾翼稳定，弹丸飞行过程中非旋或微旋，导致迫击炮弹在引信保险机构设计方面可利用的环境力非常有限，通常只有弹丸在发射瞬间的后坐力作为解除保险的源动力，因此，许多迫击炮弹都没有达到国军标GJB373A的规定，这就给引信的设计和使用带来了许多安全隐患。综上所述，为非旋弹和微旋弹寻求第二环境力应用在引信保险机构的设计中显得十分重要和迫切，利用弹丸在空气中飞行时产生的空气动力作为第二环境力应用在引信保险机构设计中将会使得非旋弹和微旋弹引信的设计更加安全和合理，同时也会使引信满足国军标GJB373A的要求。

　　2 迫1-甲引信结构特点和作用原理

　　2.1迫1-甲引信的结构

　　迫1-甲引信属于隔爆雷管型引信，主要配用在60mm迫击炮和82mm迫击炮杀伤榴弹上，采用零号装药发射时其炮弹的最大过载系数为1135。迫1-甲引信的基型引信结构原理如图1所示：

　　2.2迫1-甲引信的作用原理

　　如图1所示，在非战斗状态时，引信最前端为一保险帽6，在发射过程之前，炮手需拔运输保险销2，摘除保险帽6，否则，很容易使得引信对作用目标失效。在迫1-甲引信中击针有着双重的作用，它的作用之一是作为被保险零件，作用之二是在平时状态下限制雷管座的运动。在非战斗状态时，击针8插在雷管座5的盲孔内，这样就使雷管座处于安全隔离位置。平时在运输或勤务处理时，某些时候弹丸落地或倾倒，其下落过程中的力使惯性筒9（带蛇形槽）在向下微运动的同时做径向转动，然而，这个下落过程中的力（惯性力）存在的时间很短且很小，使得惯性筒9要开始运动的初期，这个惯性力已经作用完毕并消失。由于导向销14与蛇形槽壁的摩擦、惯性筒的转动、尤其是曲折槽壁与导向销之间的摩擦力，将会促使惯性筒所获得的力在曲折槽初始运动前期就已经完全消失，惯性筒在弹簧弹力作用下很快被恢复到初始位置，这时，引信并没有因为弹丸落地或倾倒而解除保险，处于安全状态。

　　迫-1甲引信在发射过程中，由于发射后坐力作用时间较长且力很大，将会促使惯性筒9下移到位，使得上钢珠从惯性筒内壁裸露出来并被释放出来。在弹丸出炮口后在某一弹道位置时，后坐力显著减小并逐渐消失，弹丸只能考惯性力前进，此时，惯性筒弹簧将惯性筒向上顶起并运动到位，同时拖动击针座向上运动，在惯性筒与击针系统运动的过程中，惯性筒上移露出支座11两端的下钢珠孔，下钢珠4被释放出来，此时，击针尖在上拉过程中从雷管座中滑块的盲孔中抽出，击针头部在向上运动过程中被盖箔1挡住，击针从盲孔中抽出后，滑块在弹簧的作用下想中间运动到位，使得击针尖和雷管孔对正，这时，引信真正处于待发状态。

　　3 迫-1甲引信缺陷

　　迫-1甲引信由于其结构简单，使用起来也比较方便，但是其在使用过程中有诸多方面的不足，其中主要的缺陷就是迫1-甲引信的在弹着的时候其触发灵敏度较低。这是由于该引信为了保证在非战斗状态下运输和勤务处理时候得安全性，惯性筒弹簧不能设计的抗力太小，否则会在运输或勤务处理的时候提前解除保险造成弹丸早炸，虽然惯性筒和惯性筒弹簧在解除保险后成为了多余的零件，但是作用目标后的反作用里同样需要克服它的惯性力才能成功触发火帽和雷管，因此大大降低了触发灵敏度。

　　另外，迫1-甲引信的炮口保险距离过短，只有1m～3m，战斗部发射出炮膛后的某一弹道点位置，引信即开始解除保险，击针尖从雷管座滑块的盲孔中抽出后，击针尖便与雷管对正，传爆序列即构成。击针在惯性筒弹簧作用下向上运动的过程中，最后被盖箔挡住，盖箔有时候受到迎面的空气阻力作用下将会对击针座施加一个反作用力，这个反作用力会使得击针被反弹回来戳击对正的雷管，从而引发迫-1甲引信有时会出现炮口早炸的情况。迫1-甲引信解除保险后击针与盖箔直接接触的设计，虽然提高了引信的触发灵敏度，但是也导致了其发生炮口炸的可能性。另外，在勤务处理中一旦惯性筒下移到位，引信就处于待发状态，该引信在待发状态下极易因为空气中的悬浮颗粒和迎面的空气动力作用在击针座上引起弹丸炮口炸甚至炮膛内早炸，严重影响了该引信的安全性。 　　1997年GJB373A-97《引信安全性设计准则》中明确规定：引信的设计必须满足冗余保险的要求，然而迫-1甲引信只具有单一环境力的保险机构，只能靠后坐力作为环境力解除所设计的保险机构，并不满足该标准的要求。针对这一问题，我们急需设计出新的保险机构与原保险机构的有机结合以提高其安全性，达到国军标的要求。

　　4 迫-1甲引信改进方案

　　利用空气动力原理解除保险的保险机构一般有活塞式、旋翼式、涡轮式、薄片式等设计方案，针对迫1-甲引信的结构特点，本设计采用独创的离心销式旋翼机构是较为合理的一种改进设计方法。该机构主要特点是设计利用旋翼产生的离心力解除保险，通过结构设计使迫-1甲引信达到冗余保险的要求，而且这种空气动力能源为免费能源，这样更符合了设计的经济特性。

　　4.1旋翼式空气动力机构选择

　　迫击炮弹装弹方式和内、外弹道的特点，给引信设计带来了诸多障碍，国内外众多引信设计工作者长期以来一直试图寻找一种性能比较完善，成本比较低廉的迫击炮弹引信，这种努力突出表现在炮击炮弹引信的更新换代迅速。美国在五十年代大量使用M52引信，六十年代就更新换代成了带有没有反力的钟表机构M525引信，七十年代则用带有空气动力延迟机构的M717引信系列，多用途引信在炮击炮弹上使用，将使迫击炮弹的一些传统设计思想得到改变。

　　迫-1甲引信的解除保险机构只有靠发射时单一的后坐力，没有实现双环境保险，这也是迫-1甲引信的致命不足，由于没有达到GJB373A-97《引信安全性设计准则》中规定，对其实施改进设计，利用弹丸在空气中飞行时受到空气的阻力作为源动力，设计结构合理的保险机构使其达到冗余保险的要求。空气动力保险机构是利用弹丸在飞行过程中相对气流的作用而进行工作的保险机构，对初速低的弹中，如迫击炮弹、火箭弹、航弹等来说，对弹道性能方面的影响极其微小，可以忽略不计。在设计此类的保险机构时，除满足一般的安全与可靠解除保险的要求之外，还要特别加一条，就是在机构上应尽量减少对弹道性能的影响。这种保险机构由于和直线惯性力无关，因此可以用在值很小的弹药上，特别在迫击炮弹和火箭弹等非旋或微旋弹上有很大的使用价值。

　　气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。其中燃气动力保险机构是利用发射时的火药气体作为源动力，对于迫1甲引信的设计空间等局限，势必会造成改进后的引信结构极其复杂，在此不加选择。而空气动力保险机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。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解除保险的保险机构。它只适用于亚音速飞行的引信。结合迫-1甲引信的具体结构特性，选择了离心销式旋翼空气动力保险机构。

　　4.2方案设计

　　如图2所示：发射时，后坐力作用时间较长，足以使惯性筒下移运动到位，保证上钢珠掉出。出炮口后，惯性筒在弹簧抗力作用下向上运动并抵住击针头，使击针的锥面将钢珠挤出钢珠孔，这时，改进前的引信下钢珠脱落解除保险，击针上移抵住保险冒；而改进后的引信由于离心销（5）的作用卡住击针头，使击针不能上移至保险冒。当出炮口后，固定在轴套（2）上的旋翼叶片（6）带动整个旋翼机构开始旋转，由于在定位旋转销（4）的作用下，旋翼机构不会旋掉而脱离引信。当旋转到一定转速后，离心销在离心力的作用下向后压缩离心弹簧（3），离心销有效甩开，此时击针头在弹簧抗力作用下向上运动并抵住顶帽（1），同时，击针尖离开雷管座孔，雷管座在锥簧的作用下向左平移到位，雷管与击针对正，引信处于待发状态，由此设计起到了延期解除保险的作用。

　　5 结论

　　经振动实验、锤击实验、爆炸实验显示，改进后的引信满足了以下条件：

　　1） 运输和勤务处理时的安全性：改进后的引信装入金属匣中在振动机上2小时，落高为100m测试运输和勤务处理时的安全性，在此实验环境中引信未解除保险，保证了平时安全状态；

　　2） 炮口保险距离和解保可靠性测定：采用60mm迫击炮填沙弹丸对改进的引信进行模拟发射实验结果显示，改进后的引信炮口保险距离为6m～8m，较原引信的1m～3m的炮口保险距离有大幅提升；旋翼在41毫秒时释放击针头，虽然此旋翼不旋掉，但其质量相对与弹丸很小，不影响原弹丸的弹道系数，其空气动力参数，都不改变。

　　由结果我们可以看出，此旋翼式气动力保险机构设计使得改进前的迫-1甲引信存在的一些缺陷得到改善，符合当前《引信设计安全准则》中的引信要具有冗余保险机构的原则。它不仅提高了引信勤务处理中的安全性，由于旋翼离心销在有效甩开前，击针不能刺发雷管，从而不能解除保险，大幅提高了引信的炮口保险距离，兼之使用空气作为环境能，提高了引信经济性。

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