水下武器装备领域火工品发展趋势研究

胡 光，吴玉均，赵 亮

（1.海军装备部；2.西安北方庆华机电有限公司，陕西 西安 710025）

引言

火工品是装有火药或炸药，受外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称[1]。现代水下作战的主要武器，如反潜导弹、深水炸弹、鱼雷、水雷、灭雷具、UUV等，在作用过程中存在多种动作，设计中采用了大量的火工品，如火帽、点火管、点火药盒、爆炸螺栓、作动器等。随着海军水下武器装备的多样化发展以及战场环境的变化，对火工品提出了新的使用要求，常规的火工品已不能适应新的需求，而应用半导体点火、无污染分离、低扰动（低冲低噪）做功、冲击片安全起爆等新技术火工品开始呈现出良好的发展态势，也将进一步推动水下武器装备的发展。

1 火工品发展现状及其作用

1.1 火工品在武器系统中的作用

火工品因具有能量质量比高、作用时间短、起爆及输出能量可控、体积小及长期贮存好等优点，被广泛应用于水下武器系统的各个位置，其在武器系统中的作用主要为[2]：

1）用于武器系统的点火、传火、延期及其控制系统，保证武器的发射、运载等系统安全、可靠地运行，如发动机点火类火工品。

2）用于武器系统的起爆、传爆及其控制系统，以控制战斗部的作用，实现对敌目标的毁伤，如引信火工品。

3）用于武器系统的推、拉、切割、分离、抛撒和姿态控制等做功序列及其控制系统，使武器系统实现自身调整或状态转换与安全控制，如舱段分离、头罩分离火工品。

1.2 火工品发展现状

火工品性能主要由药剂和发火件的发火机理进行决定，依据火工品的输入信息能量形式以及作用原理对其发展划分为五个阶段[3]。

第一代火工品以雷汞为起爆药或含雷汞的药剂而制成的机械火工品和火焰类火工品，如最初的火帽、雷管、底火等，其安全性能不可控，不能快速的适应武器系统的发展和使用，且雷汞有毒，使得该类火工品目前在武器装备中已完全淘汰。

第二代火工品采用氮化铅、三硝基间苯二酚铅等常规起爆药而制成的各类敏感型火工品，如电桥丝火工品、机械火工品和火焰类火工品，有一定的安全性，但其可靠性和安全性通常是一对矛盾体。就应用范围和数量而言，这类火工品在武器系统中仍占有重要地位。

第三代为钝感电火工品，其电安全性能满足1A/1W 5min不发火要求，而发火电流不大于5 A。主要产品有桥带式火工品、半导体桥火工品及部分桥丝火工品。所用药剂仍采用常规起爆药或其他钝感发火药，可靠性和安全性具有独立设计特性。近年来这些火工品的应用范围和数量均逐渐增大。

第四代火工品为高安全性火工品，如采用直列式传爆序列或点火序列许用钝感药剂的爆炸箔起爆器及激光类火工品，这些火工品已开始应用，但由于尺寸、发火能量及成本等限制，应用范围和数量均不大。

第五代火工品是具有精确控制能量的集成产品或阵列，包括MEMS火工品、SMART火工品、数字化火工品等，以微装药、微输入/输出能为标志，所用药剂为小临界直径药剂、光聚合药剂、内嵌化合物和可反应复合膜材料。这一代火工品仍在发展和成熟过程中。

2 水下武器装备领域火工品发展需求

近年来，随着海军水下武器装备的的迅速发展以及作战环境的变化，对火工品的战场生存能力、准确作用能力、高效摧毁能力、持久作战的综合保障能力等方面提出了新的发展需求，使火工品从“起爆”“点火”等基本作用拓展到了实现低噪音、低冲击、定向作用、可控作用、信息交互等更高要求的作用，使火工品的技术使命不仅仅体现在初始点火起爆这一环节上，而是全面地体现在表征武器体系对抗的战场生存、精确作用、快速响应、有效毁伤等多个环节中，使火工品开始成为推动水下弹药、引信乃至武器系统发展的新动力。

2.1 战场生存能力

战场生存能力不仅包括部队人员和装配的生存能力，而且包括弹药抵达目标前的生存能力，其实质就是要求火工品具有较高的安全性及抗干扰的能力。

2.1.1 高安全性需求

提高火工品的安全性是提高人员和装备生存能力的重要措施之一。目前世界上主要国家海军水下装备中使用的火工品主要以第二代、第三代为主，第四代火工品才开始零星的使用。一般而言，固有安全性高的电火工品，其电磁环境安全性也较高，一些不含起爆药的电雷管（如冲击片起爆雷管）的发火能量很高，起爆电压数千伏，客观上已具有了很高的固有安全性。发火能量大的钝感电火工品满足防静电和1 A/1 W 5 min不发火要求，固有安全性较高。而对于固有安全性远低于电磁环境安全性要求的敏感、高敏感火工品而言，则需要通过产品结构设计来保证电磁环境安全性，如装于引信的敏感电雷管需要靠引信体的屏蔽来保证其电磁环境的安全性。

当前弹药正快速的向钝感方向发展，美国等军事强国已经广泛使用第四代火工品,其特点主要体现在采用电爆换能元、光爆换能元等非线性换能元以保证火工品对起爆信息敏感,又能提高抵御环境干扰能力，采用特征感度与特征功效药剂以实现其只对换能元刺激敏感、对环境力刺激钝感，典型产品为高安全的冲击片雷管，其特有的高安全性、作用时间短、引爆阈值范围窄以及良好的抗震、抗冲击和抗过载能力，对静电和电辐射有很好的抗干扰能力。

2.1.2 低噪音需求

低噪声火工技术是近年来随着海军鱼水雷结合、UUV等新概念武器快速发展需求求提出来的，主要作战功能为水下低噪音释放、分离、切割、拔销、解锁和姿态控制等。其“低噪音”一般要求产品作用时所产生的噪音需小于海洋的背景噪音，从而躲避敌方水听器的监测，达到隐蔽突防的目的。现随着各国水下监测手段日臻完善，低噪音火工品的设计及系统装配使用已迫在眉睫[4]。

目前采用炸药的爆炸或火药的快速燃烧对物体做功，较好的实现了能耗低、载荷大、响应快、尺寸小等水下武器的使用要求，但作用噪音较大,未来低噪音火工品的发展将综合火工品与非火工品的优点，将二者结合起来，设计出新型的低噪音复合型火工品，以满足水下低噪音作动的要求[4]。

2.1.3 低冲击需求

分离作动火工品在海军武器系统中应用广泛，技术较为成熟，但随着武器系统的发展以及高精密仪器设备的应用，对分离作动火工品提出了高承载、低冲击的使用要求，以保证系统其它精密设备的安全、稳定和可靠，因此强连接弱解锁结构的火工分离装置将主导市场。

2.1.4 水声火工干扰需求

由于安静型潜艇和鱼雷武器的快速发展，舰艇面临着越来越多来自水下的威胁，世界各国都在研究先进的水声对抗器材。国外典型的干扰器材是英国“赤刀鱼”干扰器和法国“斯巴达克斯”反鱼雷武器系统。目前，世界主要国家连续爆炸类型的干扰装备均处于起步阶段，水下连续爆炸声干扰及其装备技术成熟度还无法满足工程化要求。因此，未来水下连续爆炸干扰火工技术将作为主要的研究方向为水声干扰提供新的技术途径。

2.1.5 深水作动需求

为了提高水下武器装备自身的隐蔽性、攻击的突然性，对其配套的火工品也提出了深水使用的要求。常规火工品水下耐压性较差，自身密封性不足，在深水使用中往往因进水导致失效，同时在海水中因长时间值守，表面防污防腐性能下降，导致性能很难满足系统的使用要求。因此在常规火工品的基础上进行耐压、防腐、防污研究将成为火工品发展的重要方向。

2.2 准确作用能力

准确作用能力既体现在命中目标时的可靠作用，又包括运动过程中实现精确命中轨迹控制的作用。精确命中是实现精确打击的前提，通过火工品实现精确命中的途径可通过阵列的脉冲推冲器逻辑点火技术对弹药实施弹道或姿态控制，提高命中精度。该技术在导弹系统中被广泛的应用，美国、俄罗斯均有成功应用的型号列装产品，该技术也可应用于水下武器装备中，以提高命中率。

2.3 高效摧毁能力

高效摧毁能力是近年来随着火工起爆可选择性而提出来的，所追求的是“命中即摧毁”。在火工品环节上实现高效摧毁的途径：一是根据引信对目标的识别，火工系统对弹药战斗部的起爆位置具有可选择性，如深水炸弹采用爆炸逻辑网络达到起爆点精确控制，实施定向起爆，使战斗部的杀伤破片向目标方向集中，从而大幅度提高毁伤概率；二是在终点弹道环境中提高火工品的抗干扰能力，达到准确作用的效果。

2.4 连续持久作战的综合保障能力

随着未来战场上前后方界限的模糊化和部队分布的离散化，连续持久作战的综合保障能力的重要性日趋重要，特别是战时大量消耗的火工品，实现通用化和系列化设计，简化品种，降低成本，简化战时弹药用火工品的管理与供应是提高连续持久作战综合保障能力的重要途径之一，因此，通用化、系列化、组合化是未来火工品设计的重要原则。

3 结语

随着水下武器装备的快速，对火工品的使用需求也有了新的拓展。火工品的战场生存能力、准确作用能力、高效摧毁能力、持久作战的综合保障能力将成为水下武器装备用火工品发展的主题。具有高安全性、低噪低冲击作动性、水声干扰性、深水作动性、定向起爆性以及高可靠性的新型火工品将更多的应用于水下武器装备中，并发挥不可替代的作用。