不依赖目标的引信自毁技术与发展建议

赵玉清，梁建军，靳朝阳，庆朝军，张海娟

(豫西工业集团有限公司，河南 南阳 473000)

0 引言

集束弹药也称子母弹，能够远距离大面积杀伤人员与摧毁装甲车辆。集束弹药在战后遗留在战场上的大量未爆子弹药造成了人道主义伤害问题。美国的子母弹有很高的失效率，2000年的一项美国陆军研究发现，平均14%的子弹药没有爆炸。留下的未爆炸弹药散落在战场上，可能对友军和无辜平民都有危险，因此，降低子弹药未爆弹率成为目前国际社会关注的热点[1]。子弹药引信加装“三自”(自毁、自失能或自失效)装置成为国际社会的共识。但是，怎样加装自毁机构，才能保证子弹药在实战复杂的战场环境条件下满足高发火率的要求，还没有引起足够重视。子弹药引信自毁装置可分为依赖目标和不依赖目标作用两类。子弹药引信加装“三自”(自毁、自失能或自失效)装置的目的是为了解决一部分子弹药落入草地、丛林或雪地等软目标上瞎火的问题，子弹药引信主发火依赖目标发火，如果自毁也依赖目标发火，子弹药引信的作用可靠性显著降低。因此，国外子弹药引信自毁装置全是不依赖目标作用的。

1 集束弹药国际公约简介

由于美国在海湾战争中大量使用集束弹药，造成了人道主义灾难， 2008年5月在爱尔兰都柏林通过《集束弹药公约》。截至 2018年4月1日, 共有120个国家加入《公约》[2]，签约国禁止使用集束弹药。

另外，国际社会正在联合国《特定常规武器公约》(CCW)框架下进行谈判，基本达成共识：子弹药未爆弹率满足1%的要求或子弹药引信加装“三自”(自毁、自失能或自失效)装置[3]。美国原计划2018年以后，不使用未爆弹率不满足1%要求的子弹药，但是现在修改为使用集束弹药需要战场指挥官批准。

2 国外子弹药自毁技术发展现状

2.1 美军加装自毁装置的子弹药引信

2.1.1美军加装电子自毁装置的M234，M235，M236子弹引信

美国陆军在M223引信基础上加装电子自毁装置，形成了M234，M235，M236子弹药引信，如图1所示。

图1 M234，M235，M236引信图Fig.1 M234, M235, M236 Fuse

美国陆军对子弹药引信的要求：

1) M234子弹药引信，配用于105 mm榴弹炮子母弹XM80双用途子弹。主发火率为97%，综合发火率为99.8%。

2) M235子弹引信，配用于远程多管火箭弹XM85子弹。危险哑弹率小于1%，未爆弹率小于5%。

子弹药引信自毁作用原理：母弹抛撒后，阻力装置展开，释放电池激活机构；同时，短路打开，开始计时，自毁时间到，电容器向M100电雷管放电，M100电雷管起爆引爆主雷管M55。如果滑块解除保险，子弹自毁；如果滑块没有解除保险，子弹自失效[4]。

M234，M235，M236子弹药引信区别是击针螺纹旋向不同，稳定带宽度不同。子弹引信自毁作用可靠性与电池激活机构、短路开关、计时电路和电雷管有关，与目标无关。

加装电子自毁装置的缺点是增加了电源、短路开关、计时电路和电雷管，引信成本成几倍增加，一个电雷管的价格比现有子弹药的价格还高。

2.1.2美军增加电子自毁的M230子弹药引信

M230子弹药引信配用于70 mm航空火箭子母弹M73子弹药，发火率为95%，增加电子自毁后达到1%未爆弹率要求。电子自毁作用原理：抛撒后，电池激活，电子电路开始计时，自毁时间到，M100电雷管起爆M55雷管；如果引信解除保险，引信自毁，如果没有解除保险，引信自失效[5]。引信自毁不依赖目标，其缺点是引信成本成几倍增加。

2.1.3美军XM242火药自毁子弹药引信

XM242火药自毁子弹药引信是以M85子弹为基型设计，配用于155 mm M864E2子母弹[6]。

XM242火药自毁子弹药引信自毁作用原理：自毁击针制动块在离心力作用下飞出，自毁击针绕轴旋转，刺发火帽点燃延期药，自毁自失效装置启动。若滑块正常解除保险，经一定延时，延期药引爆次雷管、起爆主雷管，子弹药自毁[7]；若滑块没有解除保险，则经一定延时，延期药引爆次雷管、起爆主雷管，引信自失效[8]。

子弹药引信自毁作用可靠性与自毁击针释放机构、击发机构、延期传爆序列有关，与目标无关。

2.2 美皮卡汀尼兵工厂提出的集束弹药替代方案

美军加装电子自毁装置的子弹引信，如M235，未爆弹率小于5%。不满足子弹药未爆弹率低于1%的要求。因此，美国陆军研究开发中心皮卡汀尼兵工厂提出了三种集束弹药替代方案。

主模式引信的可靠性是引信解除保险、对引信的预期目标刺激、首发火工品的激发和传爆可靠性的函数。自毁/自失效独立性要求：基于独立于主模式动作、不依赖于目标感知。过去的加装自毁装置的M42/46 子弹药具有自毁能力但是自毁机构与主模式是串联关系，这种架构严重限制了实现1% 未爆弹率的能力。

2.2.1狼牙棒MEFP弹药

狼牙棒MEFP弹药是对中型装甲实施精确打击的一种弹药，如图2所示。其毁伤机理为多个爆炸成形弹丸(MEFP)对付中型装甲目标、自然碎片和/或预制破片对付人员。满足集束弹药公约和联合国CCW。其缺点是只能用于制导弹药。

图2 狼牙棒MEFP弹药Fig.2 MACE (Unitary) munition

2.2.2PRAXIS子弹药

该子弹药配用具有近炸、时间和触发功能的三模引信，用来对付面目标。设计目标为0.25%未爆弹率。配用于155 mm加榴炮，共装填一串4枚全口径子弹药。调整后可配用于105 mm榴弹炮和制导远程多管火箭弹。特点：低成本(运动件少、常规材料，配用海军定型的近炸子弹药引信)，高可靠性(配用具有近炸、时间和触发功能的三模并联结构引信)，近炸失效、触发、触发失效转为计时作用模式[9]，如图3所示。

图3 PRAXIS子弹药Fig.3 PRAXIS submunition

PRAXIS子弹药的设计思路是使用三模引信提高发火率，增大子弹药直径，减少子弹药数量，满足《集束弹药公约》规定的母弹中子弹药数量小于10枚的规定。PRAXIS子弹药符合美国国防部集束弹药政策，其缺点是引信成本成几倍增加。

2.2.3DPICM-XL子弹药

该子弹药配用于155 mm加榴炮，共装填60枚子弹药，利用现有母弹体，对付面目标，如图4所示。采用杀伤破甲双用途战斗部，符合美国国防部集束弹药政策。

图4 DPICM-XL子弹药Fig.4 DPICM-XL submunition

该子弹药配用高可靠性、并行结构的多功能引信，增加有效体积(超过M223)，在引信设计中吸取加装自毁装置子弹药引信的经验教训。引信改进措施见表1。

表1 DPICM-XL子弹药引信改进措施

该子弹药引信功能：开舱后，引信解除保险，碰目标，主触发模式将引爆子弹药，如果触发没有启动，在经过一定时间后，时间模式将引爆子弹药。两种引信工作模式并行工作，消除了共因失效，其缺点是引信成本成几倍增加。

2.3 美海军HRDR子弹药

HRDR子弹药(高可靠性双用途改进型常规弹药)，是美海军为了满足联合国特定常规武器公约1%未爆弹率的要求研制的换代产品，HRDR子弹药结构原理如图5所示。

图5 HRDR子弹药Fig.5 HRDR submunition

该子弹药的关键技术：在拥有大量子弹药的武器系统中实现电信号分配，尽量减少对分配事件的干扰，保持坚固的机械和电气接口[10]。将子弹药引信和炸药传爆的可靠性提高到了99%。

2016年美国引信年会内容：开发多层灌注化合物以保护电子/MEMS引信结构；构建符合安全要求的分布式引信架构和电力系统。[11]

2017年美国引信年会内容： 安全与解除保险装置(S&A) 架构·信号分布·目标传感器。[12]

2018年美国引信年会内容：分布式引信架构(DFA)·网络信号分布·电子目标探测、启动和自毁[13]。

国外子弹药引信自毁方式均为不依赖于目标的火药自毁和电子自毁，详见表2[14]，其缺点是引信成本成几倍增加。

表2 国外子弹药引信自毁方式

3 国内子弹药引信自毁技术介绍

我国2016年设计定型的外贸子弹药满足1%未爆弹率的要求，在设计定型试验中发火率100%。其自毁原理是：自毁机构具有独立的保险机构，自毁机构解除保险后，依靠弹上环境激发全密封的延期组合火工品，经过一定延时后，起爆子弹药，若子弹药未解除保险，则自失效。子弹引信自毁机构发火不依赖于目标[15]。

4 国内外子弹药引信自毁技术分析

子母弹药主要装备大中口径火炮和远程火箭弹，用以压制和摧毁敌纵深内的集群目标，从子弹毁伤概率角度看，子弹的需求量很大，但从战场效果看，命中点目标的数量总是少数。有相当一部分落入草地，丛林或雪地等软目标上，而其中又有一部分子弹呈现末爆炸状态，构成持续性的危险区。

确定子弹药的确切故障率是非常困难的, 但有相当多的证据表明,制造商确定的故障率通常比在使用过程中观察到的故障率要低得多。其主要原因是, 靶场试验很少复制真实的战场条件。

子弹药引信综合发火率可以用下式表示:

PP=1-(1-P1)(1-P2)

(1)

式(1) 中，PP为子弹引信综合发火率，P1为子弹引信主发火率，P2为子弹引信自毁作用率。

从式(1)可以看出，为减少未爆子弹药，子弹药引信改进措施主要有两个:一是提高引信主发火可靠性，另一个就是增加一套独立的自毁装置或提高引信的自毁作用率。在原有子弹引信基础上增加或改进自毁机构以提高自毁作用率这一技术路线风险低、研制周期短,各国也都主要采用这一措施来解决战场遗留未爆子弹药问题,子弹药自毁技术已成为世界各国子母弹子弹药引信技术发展的主要问题。如美国各子弹药厂商为满足国防部提出的危险哑弹率小于1%的指标,都在积极采用各种自毁技术对子弹药引信进行改进,以提高其综合发火率,减少哑弹[16]。

子弹药可能因多种因素而失效,包括设计(设计或组装错误)、储存时间和状况(工作部件随时间变坏)。以色列 M85 采用了自毁装置, 但事实证明远远没有声称的可靠。战斗人员作战使用(如未能正确设置引信)，开舱高度、角度、姿态和速度(太高、太低、太慢、太快)，植被(重、密或软)，撞击区域的地面条件(如软、丘陵、潮湿)和相互作用和损害(其他子弹药碰撞、爆炸和碎裂的影响)。

总之，有许多单独的因素和组合，可能会影响子弹药是否会按照设计作用。在许多设计中，引信主发火机构、备份或自毁机构依赖于相同的动作(如关键部件的移动)。这意味着，如果此操作失效，由于上述原因之一，主引信或自毁机构也将失败。主发火机构和自毁机构都在软目标下失效率高的话，就不能满足1%的未爆弹率要求。

发火机构要有足够的安全性和适当的灵敏度。从发火机构的作用可靠性来讲要求其越高越好。但由于子弹引信尺寸小、质量轻而且功能又要求全面等特点，子弹引信的灵敏度受到更多因素的限制，子弹引信发火可靠性不可能无限提高，也不可能完全满足对所有目标(如钢甲、植土雪地、树枝等)的发火可靠性。通过实践和理论分析：只能做到在满足子弹引信使用全过程安全条件下的适当灵敏度[17]。

根据子弹结构的特点，子弹引信放在弹尾部，因发火机构是靠子弹碰击目标的慣性力作用的，故灵敏度既与结构有关，还与目标的抗力特性有关。对子弹引信来讲所遇到的目标有两种类型：一种是硬目标(装甲目标)，另一类是软目标(雪地、丛林、腐植土)。由于两类目标受力过程不同，即使采用同样提高灵敏度指施，对两类目标所获效果也不一定相同。

下面讨论可以提高发火机构灵敏度的措施和对两类目标的效果[17]：

1) 击针质量对发火机构灵敏度的影响：一般讲增加质量可提高其灵敏度，但受引信体积限制。故采取提高质量的办法提高引信灵敏度是有限制的[17]。

2) 击针尖到雷管的距离对引信发火机构灵敏度的影响：距离加大其对硬目标灵敏度下降；对软目标随距离的增加其灵敏度提高[17]。

3) 子弹着角对引信灵敏度的影响：大着角碰目标情况下，引信发火率低。

在实际战场环境下，目标是千差万别的，很难做到对各种目标高发火率。从我国多年解决子弹瞎火技术问题和走过的弯路(提高对目标发火可靠性与解决子弹落到软介质上的哑子弹技术问题)和国外解决该技术问题的技术途径看：用发火机构主要解决对目标的毁伤功能，增设自毁机构解决落入软介质哑弹的问题[17]，特别是增设不依赖于目标的引信自毁功能，才能提高子弹引信的作用可靠性。

4.1 不依赖目标的引信自毁技术

不依赖目标的引信自毁技术的定义是指引信自毁与目标无关。

子弹自毁技术可以分为不依赖目标的引信自毁技术(如延时自毁)和依赖目标的引信自毁技术(如即时自毁)两大类。延时自毁是在子弹引信中设置延时自毁机构,当子弹主发火机构失效时,自毁机构在达到延时时间时引爆子弹战斗部,达到自毁目的，引信自毁不依赖目标。例如美M234，M235子弹引信：母弹抛撒后，阻力装置展开，释放电池激活机构，自毁时间到，子弹引信自毁[18]，引信自毁与目标无关。

我国2016年设计定型的外贸子弹药采用不依赖目标的引信自毁技术(火药定时自毁机构)，延期元件为全密封的组合点火管。自毁机构的保险机构是独立的。引信隔爆机构的保险机构不解除保险，或隔爆件不能运动到位，不影响自毁自失效机构作用，引信具有两套独立的发火机构，并且自毁自失效机构的发火能量来自弹上环境能，自毁机构使用了冗余的发火能量，并且自毁机构的启动和激发不依赖目标，其优点是引信作用可靠性高。引信的保险机构和发火机构均利用环境能，没有用内储能，自然满足了“自失能”的要求。引信全寿命周期的安全性好，有效避免了子弹引信研制、装配、试验过程中的伤人事故，提高了产品装配、试验和部队使用的安全性[19]。

通过机械的方法实现了子弹药的“自毁”、“自失效”和“自失能”的三自功能。其结构工艺性好，适合大批量生产，成本只有同类电引信的1/2～1/3。

利用一个机构多种用途的设计，在引信体积不变的情况下可以较好地实现上述功能。如极阻尼保险机构又是惯性发火机构，自毁机构又是自失效机构并共用一个保险机构，自毁自失效机构的发火机构与保险机构采用嵌套式设计，从而减小了体积[17]。

引信自毁机构的解除保险及启动激励独立于发火机构和隔离机构，具有结构简单、作用可靠性高、安全性高、体积小、效费比高等优点[20]。

不依赖于目标的自毁技术，其特征是引信自毁与目标无关，其优点是引信发火率高，避免了共因失效。触发引信的综合发火率与引信可靠解除保险、触发机构的作用可靠性和自毁机构的作用可靠性有关。触发机构的作用可靠性与目标关系很大，对于中硬目标触发机构的作用可靠性很高，对于软目标如灌木丛，触发机构的作用可靠性低。如果自毁机构的作用也与目标相关，那么自毁机构对软目标的作用可靠性也低[21]。因此，应使用不依赖于目标的自毁技术。

4.2 依赖目标的引信自毁技术

依赖目标的引信自毁技术(即时自毁)是当子弹碰目标或落地后主发火机构失效时,即时自毁机构立即启动,引爆子弹战斗部达到自毁目的[16]。引信自毁依赖目标。

即时自毁的启动环境不能采用与主发火机构相同的启动环境 ,因为这样容易出现“共因失效”，一般采用离心力衰减的环境贮能式自毁机构。这种结构的自毁发火率受子弹弹道转速变化规律和碰目标时子弹旋转角减速度衰减规律影响较大 ,当子弹落到比较松软的地面时自毁率将会受到影响。我国“炮兵子母弹通用多用途子弹系列” 采用此种自毁方式[16]，如图6所示。

图6 依赖目标的引信自毁机构原理图[16]Fig.6 A map of the fuse self-destruction mechanism that depends on the target

子弹落在比较松软的地面时，主发火率较低，即时自毁机构在子弹落在比较松软的地面时，自毁率也低，不能有效解决子弹落在比较松软的地面时发火率低的问题。因此在复杂的战场条件下很难满足1%的未爆弹率要求。

从世界各国装备的子弹药和我国外贸子弹药来看，都是通过增设不依赖于目标的自毁机构来解决引信瞎火的，若子弹药不采用不依赖于目标的自毁机构，不能满足联合国特定常规武器公约要求的1%的未爆率要求[22]。

5 结论

子弹引信加装“三自”(自毁、自失效、自失能)装置，特别是发展不依赖于目标的引信自毁技术，才能解决引信瞎火问题，满足联合国《特定常规武器公约》要求。为避免人道主义灾难，应该对我国子弹药进行更新换代，发展满足1%未爆弹率，满足联合国《特定常规武器公约》要求的子弹药。