基于电磁拔销器引信安全状态可恢复研究

杜侠张树云梁震、山西中北大学机电工程学院　、中煤平朔集团有限公司

基于电磁拔销器引信安全状态可恢复研究

杜侠1张树云1梁震2
1、山西中北大学机电工程学院2、中煤平朔集团有限公司

传统引信安全状态只具有单向转换功能，为改进这一功能，本文提出了一种方法即利用电磁拔销器得失电原理实现引信在出现攻击异常的情况下由待发状态再次恢复到安全状态。文中设计了电磁拔销器安全机构模型，阐述了其工作原理，并利用SolidWorks软件对模型进行动力学动态仿真分析，仿真结果表明该设计满足基本实用要求，而且这种实现方案具有体积小、成本低和结构简单的优点，对新型引信的研究提供了一定的参考价值。

引信；安全状态可恢复；电磁拔销器

前言

现代战争战场环境十分复杂，作战单位身份难以确定，而且武器的威力越来越大，攻击距离越来越远，一旦未找到目标弹药或引信发火控制系统未按预定条件工作，可能会发生误伤误炸，后果不堪设想。为了避免这种问题，需要研究在攻击出现异常的情况下使引信能够由待发状态恢复至安全状态的方法，并且称这种具有状态逆向控制的功能为安全状态可恢复功能［1，2］。鉴于此，本文提出了利用电磁拔销器实现引信的可逆运动的研究。

1　引信安全状态恢复功能及作用原理

引信主要由目标探测与发火控制系统、安全系统、爆炸序列和能源装置等组成。其中引信安全系统是引信的重要组成部分，作用是保证引信在生产装配、运算、贮存、装填、发射以及发射后的弹道起始段上的可靠性，避免给己方人员造成威胁［3］。鉴于此以水平转子为例讨论安全状态可恢复过程。

具有安全状态恢复功能的引信工作过程如图1所示。（1）正常情况下，弹药发射前，引信处于安全状态。弹药发射时，引信感知环境力后，解除保险，爆炸序列对正，引信进入待发状态。碰击目标时，引信作用。（2）当攻击出现异常，已解除保险的引信利用敌我识别技术，得到目标属性的最大准确估计并将其反馈给指挥中心或引信主控制器。当作战指挥平台或引信主控制器检测到弹药攻击出现异常时，控制执行机构的运动会切断爆炸序列的能量传递通道，实现引信自待发状态恢复至安全状态。

图1　可恢复引信工作过程图

2　电磁拔销器可恢复安全机构设计

所设计安全保险机构的结构示意图如图2所示。

图2　安全保险机构示意图

具体工作原理如下：

（1）正常状态下，水平转子隔爆机构6被电磁拔销器10和后坐销1锁住，如图2所示的隔爆位置。水平转子不能转动，这时的雷管5与导爆药柱12错开，引信处于安全状态。

（2）发射时，后坐销在后坐力作用下压缩后坐销簧，后坐销沿着曲折槽2折线下降，当后坐销收缩到一定的距离时，解除引信的第一级保险；电磁拔销器则利用弹药出炮口的信号作为电磁拔销器计时装置的计时起点，计时时间到，衔铁导电，电磁销收缩，解除引信的第二级保险，释放水平隔爆转子。水平转子在扭簧的扭矩作用下转动，在转动时电磁拔销器在衔铁簧的作用下在导向槽中和转子一同转动。当转动到指定位置时，电磁拔销器的衔铁断电，释放电磁销插入转子座的孔内，将转子固定。此时雷管与导爆药柱对正，引信处于正常发火状态，如图3所示。

图3　正常发火对正时剖视图

（3）当弹药攻击异常时，引信指令接收处理模块解译出状态恢复指令，控制电磁拔销器衔铁再次得电，使得电磁销回缩，转子在扭簧剩余力矩驱动下再次转动，当转子运动到位时，恢复保险销9插入下方的定位孔，断电后的电磁销在弹簧推动下插入下方的定位孔。此时，转子被两级固定，雷管和导爆药柱错开，引信处于隔爆状态。从而引信再次处于安全状态，如图4所示。

图4　引信再次恢复安全状态时的剖视图

作者简介：杜侠，1988年出生，山西人，硕士研究生，研究方向：目标传感探测与控制技术。

3　关键零部件仿真分析

勤务处理中最危险的情况是搬运时的偶然跌落，这可能使引信机构误动作，或者产生错位、变形失效等现象。因此，对其进行跌落试验，来模拟偶然跌落的振动情况，以检验设计机构的安全性。

检验方法是，将引信按战术技术要求，从一定高度（本文选取1.5m为跌落高度）向钢板进行自由坠落。作为投掷目标的障碍物，一般都采用钢板。

本文将对转子主体和惯性保险机构进行跌落仿真，验证转子轴强度和后坐销导向销强度。

3.1转子强度仿真

将转子模型导入SolidWorks Simulation跌落测试，为了符合实际情况，将转子座、转子上盖同转子组成的装配体导入作为跌落的实体。

将模型导入后，设置材料属性，根据实际情况，选择1060铝合金。设置网格密度，生成网格。设置跌落测试数据：跌落高度从最低点到地面1.5m，重力加速度9.81m/s2，方向与弹轴平行向下。设置连结关系，转子座和转子上盖固结。

设置好参数后运行仿真，仿真结果为了便于观察，采用的是截面观察，转子1.5m跌落仿真应力如图5和图6所示。

图5　转子1.5m跌落仿真应力图

图6　转子1.5m跌落仿真位移图

3.2惯性保险机构跌落仿真

将惯性保险机构模型导入跌落测试，同样设置材料属性：含蛇形槽的套筒和后坐销材料设置为1060铝，后坐销簧材料设置为不锈钢。设置网格密度，生成网格。设置跌落测试数据：跌落高度从最低点到地面1.5m，重力加速度9.81m/s2，方向与套筒轴平行向下。设置连结关系，后坐销簧底部与套筒底部固结，导向销外沿与蛇形槽内壁接触。

一切设置正常后，运行仿真，仿真结果为了便于观察，采用的是截面观察，后坐销1.5m跌落仿真应力如图7和图8所示。

图7　后坐销1.5m跌落仿真应力图

图8　后坐销1.5m跌落仿真位移图

4　仿真结果分析

（1）转子强度仿真试验中，由图5和图6可知转子轴和转子的应力都没有超过屈服力，而转子座由于在仿真中，与钢板直接碰撞，局部应力过大，超过了屈服力。但是实际运用中，转子座不会直接与地面碰撞，属于引信内部整体结构，所以该转子结构不会因为坠落而发生过度形变，产生不安全因素。

（2）惯性保险机构仿真试验中，由图7可知后坐销、弹簧都没有超出屈服力，所以惯性保险机构强度满足需求。在1.5m跌落过程中，后坐销相对惯性筒的相对变化量，由图8位移图形可知，后坐销相对惯性筒的位移最大量远小于解除保险距离。

由此可知，本文所设计磁拔销器可恢复安全机构由于偶然跌落而提前解除保险的可能性几乎为零，设计基本符合要求。

5　结论

为解决弹药在攻击异常情况下引信待发状态不可向安全状态逆转的问题，本文从安全状态可恢复功能角度出发，运用电磁拔销器得失电的原理设计了电磁拔销器安全机构模型。通过跌落仿真实验完成了安全机构关键零部件转子、转子轴及保险机构整体强度验证。仿真结果表明，所设计的电磁拔销器安全机构满足引信在实际应用中的需求，且该机构具有体积小、成本低和结构简单的优点，对新型引信的研究有一定的参考价值和现实意义。

［1］李豪杰，张河.引信安全系统及其功能范畴探讨 ［J］.探测与控制学报，2006，28 （5）：4-7.

［2］唐玉娟，王炅.逆压电驱动的运动可逆式引信隔爆机构 ［J］.探测与控制学报，2013，35（3）：56-60.

［3］朱珊，李豪杰.基于滑块继续运动的安全状态可恢复隔爆机构［J］.探测与控制学报，2010，32（3）：39-42.

［4］牟洪刚，黄惠东，刘青冬等.应用步进电机实现机构可逆检测［J］.探测与控制学报，2010，32（3）：35-38.

［5］尚雅玲，张贤彪，倪保航.运动可逆式引信安全系统逻辑控制分析［J］.舰船电子工程，2009，29（12）：176-178，191.