引信防止漏装隔爆件的零部件称重方法

蔡泓杰，闻　泉，王雨时，张志彪，潘守华

(1.南京理工大学 机械工程学院，南京　210094; 2.北方特种能源集团西安庆华公司， 西安　710025)



引信防止漏装隔爆件的零部件称重方法

蔡泓杰1，闻泉1，王雨时1，张志彪1，潘守华2

(1.南京理工大学 机械工程学院，南京210094; 2.北方特种能源集团西安庆华公司， 西安710025)

摘要：漏装隔爆件会造成引信安全系统失效，必须有可靠的方法确保引信装有隔爆件，通过称量获得检验合格的各零部件约100组质量数据，对其分布参数进行拟合。而后随机生成符合该参数的随机数作为零部件质量，将零部件质量相加得到漏装隔爆件、装有隔爆件及漏装隔爆件但误多装其他零部件的引信质量范围，给出了判定引信必然装有隔爆件的方法。模拟结果表明，该方法可行且不会浪费零部件。

关键词：引信；统计分析；检验方法；质量测量；隔爆安全性

本文引用格式：蔡泓杰，闻泉，王雨时，等.引信防止漏装隔爆件的零部件称重方法[J].兵器装备工程学报，2016(6):114-118.

Citation format:CAI Hong-jie, WEN Quan, WANG Yu-shi, et al.Method to Prevent Fuzes from Lacking Interrupter by Weighting Its Components[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(6):114-118.

引信隔爆件是使传爆序列中的敏感爆炸元件平时与下一级钝感爆炸元件隔离的零件或部件，可保证引信在保险状态时可靠隔爆，从而避免弹药早炸以致危及我方人员和装备的安全。在弹药发射后运动到安全距离以外之后，隔爆件解除隔爆。一般引信都设置有能保证足够安全性的隔爆机构[1]。

引信缺陷一般分为致命缺陷、严重缺陷和轻缺陷。GJB5479—2005《引信缺陷分类》[2]将引信隔爆件不在隔爆位置和引信隔爆功能不可靠均归为致命缺陷。隔爆件漏装可能使引信安全系统失效，从而难以避免引信过早炸，后果极为严重。因此在引信设计及检验时都应格外关注。

GJB 373A—1997《引信安全性设计准则》[3]规定：如果起爆元件的设置使得引信安全性依靠隔爆件的存在来保证，则引信的设计应采取有效的措施，防止在隔爆件放置不正确的情况下装配成引信成品。

GJB 4087—2000《引信安全性检验方法》[4]规定：引信隔爆机构和保险机构必须处于保险状态。检测方法为利用X射线检测设备或其他检测设备对装配在引信中的隔爆机构、保险机构的保险状态进行检验。要求不允许出现下列致命缺陷：

1) 隔爆机构解除保险或半解除保险；

2) 保险机构解除保险或半解除保险；

3) 保险件、隔爆件漏装、错装。

关于装配正确性，该标准还规定：隔爆机构、保险机构和传爆管以及其他影响安全性的部件和组件的装配应满足产品技术规范要求。检验方法为对引信进行分解检验。不允许出现下列致命缺陷：

1) 保险件、隔爆件漏装、错装；

2) 保险件、隔爆件变形、裂纹；

3) 隔爆机构解除保险或半解除保险……

防止引信零部件漏装的途径常见有：零部件计数、肉眼检查、X射线检验等。另外，张占龙等[5]研究了金属零部件漏装检测的电磁感应方法，该方法利用电涡流感应原理监测金属零部件运动，判断零部件是否漏装。

由于隔爆件往往设置于引信中心，完成装配后再检查时计数基本上已不可能，而肉眼检查难以实现，X射线检测成本高、效率低，对检测人员辐射大，且当引信体材料与隔爆件材料相同时，难以准确检测是否漏装隔爆件。对于小口径引信，隔爆件在引信总质量中占有一定比重，因此有必要探讨应用称重方法防止漏装引信隔爆件的可行性。当上述其他方法可行时，称重方法也可用于进一步提高防止漏装引信隔爆件的可靠性。

1　引信结构原理

本文涉及的引信隔爆机构为弹簧驱动的滑块机构，未解除保险状态时滑块中的导爆药与其上的雷管以及其下盖板中的传爆药错开。若雷管意外起爆，由滑块(隔爆件)起到隔爆作用；解除保险状态时，传爆序列对正，即滑块在弹簧驱动下运动到位，使滑块中的导爆药与其上的雷管以及其下盖板中的传爆药对中。雷管正常起爆后，先引爆滑块中的导爆管，再由导爆管引爆盖板中的传爆药。在装配完盖板后未装雷管前，引信结构如图1所示。

该引信安全性依靠隔爆件的存在保证，隔爆件漏装仍可意外发火，因此必须有可靠的方法对隔爆件漏装、错装进行检验。在引信设计时通过隔爆件及与其配合的保险件的结构已经保证了隔爆件的防错装特性，在此不作赘述。由于该引信在盖板装入后无法直接从下方观察到是否漏装隔爆件，所以在安装完其他零件后，安装盖板前应首先目视检验是否漏装隔爆件。安装完盖板后，安装雷管前，隔爆件上方的雷管孔可用于观察是否漏装隔爆件，但观察时无法准确确定观察到的零件是隔爆件还是盖板，若看到的是盖板而误认为是隔爆件，将导致引信漏装隔爆件，造成引信安全系统失效。因此在安装完盖板后需要一种可靠的方法检验引信是否漏装隔爆件。通过测量雷管孔到下方物体的距离可实现该检验。另外，考虑到该引信的隔爆件质量相对于引信总体质量比例较大即是否漏装隔爆件会使引信质量有明显差别，采用称重的方法防止引信漏装隔爆件可进一步提高引信未漏装隔爆件的可靠性。

图1　未装雷管前的引信结构

2　引信零部件质量数据

该引信处于研制阶段，仅对现有的约100套尺寸检验合格的零部件进行称量。对于质量大于0.2 g的零部件，使用HANGPING公司型号JA5003N的电子天平称量，该天平量程500 g，精度0.001 g，样本量及称量统计结果如表1所列。对于质量小于0.2 g的零件，使用METTLER TOLEDO公司型号AL204的电子天平称量，该天平量程260 g，精度0.000 1 g，样本量及称量统计结果如表2所列。所有零件质量分布统计直方图如图2所示。

对数据进行正态性检验和威布尔分布检验。正态检验先采用偏度-峰度检验法即GB/T 4882—001《数据的统计处理和解释正态性检验》[6]中的有方向检验，该方法不需要指定分布的均值和标准差，仅以偏度及峰度为依据。若该方法拒绝样本服从正态分布，则认为样本不服从正态分布；若该方法接受样本服从正态分布，则求出样本均值与标准差的最大似然估计，而后再使用Kolmogorov-Smirnov检验法[7](简称KS检验)检验样本是否服从均值和标准差均为其最大似然估计的正态分布。威布尔分布检验则直接求出样本的形状及尺度参数的最大似然估计，之后使用KS检验法检验样本是否服从形状和尺寸参数均为其最大似然估计的威布尔分布。

精度为0.001 g天平称量零件质量分布规律拟合(显著性水平α=0.05)结果如表3所列。精度为0.0001 g天平称量零件质量分布规律拟合(显著性水平α=0.05)结果如表4所列。

表1　JA5003N天平称取零部件质量数据

表2　AL204天平称量称取零部件质量数据

表3　JA5003N天平称取零部件质量分布规律拟合结果

表4　AL204天平称量称取零部件质量分布规律拟合结果

图2　零部件质量分布统计直方图

3　防止漏装隔爆件的零部件称重方法

通过称重方法检验是否漏装隔爆件在该引信中即指漏装滑块部件的引信与装有滑块部件的引信在质量上是否存在明显区别。由于在数据实测时并未获得雷管、电作动器及灌封胶的质量，故将装雷管之前的带接电部件的引信体作为称量部件。漏装滑块部件的带接电部件的引信体由引信体、盖板、接电部件等11种零部件组成(不包括滑块部件)，将上述所有零部件质量相加即可得到漏装滑块部件的带接电部件的引信体的质量，在此基础上加上滑块部件的质量即可得到带接电部件的引信体的质量。

上文中已经得到部分零部件的质量分布规律，故直接产生服从其分布规律的随机数作为零件质量，若零件同时服从两种分布，则对其进行随机模拟，取变化范围更大的一组数据作为最终零件质量分布；不服从特定分布规律的零件，则随机选取称量值作为零件质量。另外，导爆药和传爆药按图定装药密度偏差直接给出最大值与最小值。其中导爆药质量0.073 6～0.078 4 g，传爆药质量0.242 9～0.257 1 g。通过上述方法所得结果如表5所列。

表5　相关部件质量范围

将表5中漏装滑块部件的带接电部件的引信体的质量与滑块部件质量相加得到带接电部件的引信体的质量范围为22.823 1～23.716 2 g。表明只要引信体质量大于22.823 1 g，则引信体必然已含有滑块部件。

由于带接电部件的引信体的质量散布超过了滑块部件的质量，导致了漏装滑块部件的带接电部件的引信体质量最大值22.828 5 g大于了带接电部件的引信体的最小值22.823 1 g，即漏装和不漏装滑块部件的引信体存在质量重合区间。若引信体质量落于重合区间内，判定结果为该引信漏装了隔爆件。综上所述，以漏装滑块部件的带接电部件的引信体质量最大值22.828 5 g作为判据，即可判定引信已装有隔爆件。

另外，多装零部件会使漏装隔爆件的引信质量变大。若带接电部件的引信体部件质量大于22.828 5 g，也可能是带接电部件的引信体漏装了滑块部件但多装了其他零件，即存在误判的可能。部件中的装配销、接电部件、制动销、螺帽、下盖板装配在引信的最外部，可通过目视直接确认其是否多装，能可靠地排除其多装的可能性。保险螺帽、保险簧和制动簧受装配空间限制，只可能装入1个。仅剩保险片与隔爆片可能装入多个，其中保险片若装入2个，装配在其上的螺帽将无法旋拧到位；若装配3个以上则螺帽无法装上，故可排除其可能性；隔爆片在装配空间内最多可装入3个。考虑最不利的情况，装配时多装入了1个保险片及3个隔爆片，按照上述方法对其质量进行模拟，得到其最大值为22.989 4 g。据此，可重新确定质量判据，即当带接电部件的引信体质量大于22.989 4 g时，该部件就已可靠装入了隔爆件。

模拟带接电部件的引信体质量10 000次后其质量分布统计直方图如图3所示。采用上述方法对其进行分布检验，其质量服从正态分布，均值23.287 0 g，标准差0.061 6 g，最小值23.061 4 g，即其所有模拟质量均大于22.989 4 g。又22.989 4 g在该正态分布4.8倍标准差之外，查正态分布Z值表得Z=4.8(即质量小于均值减4.8倍标准差)的概率为0.000 08%，可忽略不计。因此不会因为该判据而在装配检验时浪费零部件。

图3　模拟10 000次后带接电部件的引信体质量分布直方图

4　结束语

对本文涉及的引信零部件质量各约100组实测数据进行分布假设和拟合检验，发现服从正态分布和威布尔分布的零件都约占半数；同时服从两种分布的约占三分之一。文中称取的小于0.2 g的微小零件质量都服从威布尔分布；弹簧类零件同时服从正态分布和威布尔分布。

通过蒙特卡罗模拟得到隔爆件、漏装隔爆件的引信部件以及装有隔爆件的引信部件的质量范围，比较漏装隔爆件的引信的质量最大值与多装配零件情况下漏装隔爆件的引信质量最大值，取两者中较大的值作为判定引信必然装配有隔爆件的最小值，对于本文所涉及的引信，该方法可行并且不会在装配检验时浪费零部件。

由于该引信隔爆件的质量相对于全引信比较大，质量小于判定值的装有隔爆件的引信占总体的比值极小，可忽略不计，所以可直接通过称重法判定引信是否漏装隔爆件。若其他引信隔爆件的质量相对全引信较小，使得装有隔爆件的引信质量小于按上述方法计算后得到的判定值的概率较大(即装有和漏装隔爆件时引信质量的重合区间较大)，此时，可采用称重法作为一种排除依据，若称重获得的引信质量大于判定值，则认为引信必然装有隔爆件；若小于判定值，则还需通过拆检、工具测量或其他方法(如透视等)作进一步检查和确认。

参考文献：

[1]GJB/Z 135—2002,引信工程设计手册[S].

[2]GJB 5479—2005,引信缺陷分类[S].

[3]GJB 373A—1997,引信安全性设计准则[S].

[4]GJB 4087—2000,引信安全性检验方法[S].

[5]张占龙，江川，张玺，等.金属零部件漏装检测的电磁感应方法[J].重庆大学学报，2012,35(1):65-69.

[6]GB/T 4882—2001,数据的统计处理和解释正态性检验[S].

[7]谢中华.MATLAB统计分析与应用：40个案例分析[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

(责任编辑唐定国)

doi:10.11809/scbgxb2016.06.027

收稿日期：2015-12-13；修回日期：2016-01-07

作者简介：蔡泓杰(1991—),男,硕士研究生,主要从事探测、制导与控制研究。

中图分类号：TJ430.6

文献标识码：A

文章编号：2096-2304(2016)06-0114-05

Method to Prevent Fuzes from Lacking Interrupter by Weighting Its Components

CAI Hong-jie1, WEN Quan1, WANG Yu-shi1, ZHANG Zhi-biao1, PAN Shou-hua2

(1.School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China； 2.North Special Energy Group, Xi’an Qingghua Company, Xi’an 710025, China)

Abstract:Fuze safety system would be failed without the interrupter. There must be a reliable method to ensure that fuzes are assembled with interrupter. Each component was weighted with the quantity of nearly 100, after that, the distribution parameters of them were fitted. Mass data of component were generated by computer following the distribution fitted above. Masses of certain component were added together to get the mass range of fuze lacking interrupter, fuze assembled with interrupter and fuze lacking interrupter but miss assembled with redundant components, a method was given to make sure that the fuze was assembled with interrupter. Simulation results show that the method is feasible and would not waste components.

Key words:fuze；statistical analysis；inspecting method；mass measurement；detonator safety