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        引信之一·總論篇

        2003-04-29 00:00:00張懷偉等
        輕兵器 2003年5期

        概述

        引信的英文名稱是“fuse”或“fuze”。引信的名稱不僅在歷史上幾經(jīng)變換,而且在不同的國(guó)家也稍有區(qū)別。我國(guó)最早稱引信為“信”或“藥信”,在 20世紀(jì)30~50年代,“引信”和“信管”并用,曾一度稱起爆引信為“引信”,點(diǎn)火引信為“信管”;日本稱引信為“信管”,是在我國(guó)早期“信”的后面加了個(gè) “管”字;西方國(guó)家大多采用英國(guó)的“fuse”或“fuze”,一般都翻譯成“引信”。

        21世紀(jì)以前,人們對(duì)引信的定義是:引信是利用目標(biāo)信息和環(huán)境信息,在預(yù)定條件下引爆或引燃彈藥戰(zhàn)斗部裝藥的控制裝置(系統(tǒng))。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在20世紀(jì)末、21世紀(jì)初出現(xiàn)了智能引信。智能引信不僅能有效地利用目標(biāo)信息和環(huán)境信息,而且能接收人工指令,在對(duì)所獲得的各種信息進(jìn)行辨別、篩選和分析等綜合處理后,指揮起爆機(jī)構(gòu)作用。這種新型引信裝有人工智能模塊,有完整的信息接收系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng),可以對(duì)目標(biāo)和環(huán)境信息、人工指令等進(jìn)行系統(tǒng)處理,然后自行確定引信的作用位置與時(shí)機(jī)。

        引信的外延擴(kuò)大了,因此人們對(duì)引信的定義也有所改變,現(xiàn)在一般將引信定義為:能接收利用目標(biāo)信息、環(huán)境信息和人工指令,并能對(duì)各種信息和指令進(jìn)行辨別、篩選和分析等綜合處理,按規(guī)定條件引爆或引燃戰(zhàn)斗部裝藥的控制裝置。

        目標(biāo)信息是表征目標(biāo)狀態(tài)和特性的物理量,如坐標(biāo)、形狀、尺寸、材料強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、電磁波反射特性、熱輻射特性等。環(huán)境信息實(shí)際上是目標(biāo)的間接信息,即目標(biāo)所處的環(huán)境條件,如地形地貌、環(huán)境溫度與濕度、地磁場(chǎng)強(qiáng)度與反射、氣動(dòng)力與其他形式的作用力、周圍其他目標(biāo)的特性等。人工指令是在彈丸到達(dá)目標(biāo)之前,使用者通過各種渠道傳遞給引信的信息,如起爆的方式、經(jīng)歷的環(huán)境、彈藥與目標(biāo)交匯的條件、作用的位置與時(shí)機(jī)等。人工指令主要是對(duì)預(yù)定作用條件的修正或更改。預(yù)定條件是預(yù)先輸入引信的指令,包括作用方式、時(shí)間、目標(biāo)特性、啟動(dòng)條件、與目標(biāo)交匯的條件等。

        引信是彈藥最重要的組成部分,是彈藥的大腦和指揮機(jī)構(gòu),其作用是控制彈藥的最佳起爆位置或時(shí)機(jī)。

        性能可靠的引信能確保彈藥按照規(guī)定或預(yù)定的條件與時(shí)機(jī)起爆,準(zhǔn)確無(wú)誤地毀傷目標(biāo)。

        引信的分類

        引信的分類方法很多。按引信的作用原理,可分為機(jī)械引信、電子引信和機(jī)電一體化引信。各大類還可以細(xì)分,如電子引信還可以按作用原理,分為普通電子引信和智能引信等;也可以按作用方式,分為電子時(shí)間引信、電子觸發(fā)引信和電子近炸引信等。其他引信也可以按相似的方法進(jìn)一步細(xì)分。

        按引信的作用方式,可分為觸發(fā)引信和非觸發(fā)引信。觸發(fā)引信是引信和目標(biāo)接觸時(shí)作用的引信,這種引信一般在飛行彈道中解除保險(xiǎn)后呈待發(fā)狀態(tài),一旦與目標(biāo)接觸,能在很短的時(shí)間內(nèi)作用。觸發(fā)引信的特點(diǎn)是撞擊目標(biāo)后能及時(shí)起爆,可靠毀傷目標(biāo)。其主要配用于需要適時(shí)起爆的彈藥,如破甲彈、攻堅(jiān)彈等。非觸發(fā)引信又可細(xì)分為近炸引信、延期時(shí)間引信、周炸引信[受目標(biāo)周圍的某種物理特性(不是目標(biāo)引起的)激勵(lì)而作用的引信]、指令引信、多選擇引信和其他引信等。

        按安全程度,可分為非保險(xiǎn)型引信、半保險(xiǎn)型引信和全保險(xiǎn)型引信。非保險(xiǎn)型引信有不需要隔爆型和沒有隔爆型2種。不需要隔爆型引信是起爆需要較大能量的引信,沒有必要采用隔爆機(jī)構(gòu),主要用于核武器、航空炸彈、魚雷等大型彈藥。沒有隔爆型引信是雷管、火帽和起爆藥呈直列爆炸序列。半保險(xiǎn)型引信是一種過渡型產(chǎn)品,是將火帽與雷管隔離的引信,也稱為火帽隔離型引信,雷管與起爆藥仍然是直列的,所以只有半保險(xiǎn)。非保險(xiǎn)和半保險(xiǎn)型引信不符合引信安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,現(xiàn)屬淘汰和停止使用的產(chǎn)品。全保險(xiǎn)型引信是有隔離雷管的引信,采用爆炸序列錯(cuò)位的結(jié)構(gòu),是按照引信安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其在解除保險(xiǎn)之前,雷管與火帽、起爆藥是相互錯(cuò)位和隔離的,可確保引信在作用前的絕對(duì)安全。主要用于常規(guī)彈藥,在輕武器彈藥上使用的絕大多數(shù)現(xiàn)代引信都是全保險(xiǎn)型引信。

        按配用的彈藥種類,可分為炮彈引信、迫擊炮彈引信、火箭彈引信、導(dǎo)彈引信、航空炸彈引信、深水炸彈引信、水雷引信、魚雷引信、地雷引信、槍榴彈引信和手榴彈引信等。

        按引信裝配在彈藥上的位置,可分為彈頭引信、彈底引信、彈頭感應(yīng)彈底起爆引信(分離式引信)和彈身引信等幾大類,各大類還可以細(xì)分。

        分類方法是一個(gè)學(xué)術(shù)問題,在引信界也有爭(zhēng)議,這里就不一一介紹了。

        引信發(fā)展簡(jiǎn)史

        我國(guó)不僅發(fā)明了火藥,也是引信的發(fā)源地,世界引信的發(fā)展歷史就是從中國(guó)開始的。引信的發(fā)展歷史,大體可以分為古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)不同發(fā)展階段。18世紀(jì)以前是古代引信的發(fā)展時(shí)期,18世紀(jì)初至19世紀(jì)末是近代引信的發(fā)展時(shí)期,20世紀(jì)以后是現(xiàn)代引信的發(fā)展時(shí)期。

        古代引信的發(fā)展歷史最早可以追溯到公元9世紀(jì)的唐憲宗元和年間(公元 806~821年)。在火藥發(fā)明后不久,人們便將它應(yīng)用到軍事上,研制成各種用途的彈藥,為了不使彈藥在使用者手中作用,使用過各種控制或延緩彈藥作用時(shí)機(jī)(時(shí)間)的裝置。據(jù)《宋史》記載,公元970年馮繼升向朝庭進(jìn)獻(xiàn)的“火箭法”、1002年唐福、石甫進(jìn)獻(xiàn)的“火箭”、“火球”、“火蒺藜”,以及1040年《武經(jīng)總要》中提到的“蒺藜火球”、“毒藥煙球”、“霹靂火球”等彈藥,都采用了引火線(稱為捻子)等點(diǎn)火、引爆裝置,史料對(duì)這些引爆裝置進(jìn)行了詳細(xì)的紀(jì)述。這些點(diǎn)火、引爆裝置可以說(shuō)就是最早的引信。因此可以說(shuō)我國(guó)使用引信的歷史不會(huì)遲于11世紀(jì)。到12世紀(jì)末、13世紀(jì)初的南宋末年,在我國(guó)出現(xiàn)了采用鐵殼裝黑火藥的爆炸性彈藥,用防潮、防水的藥捻子點(diǎn)燃和起爆。在宋元戰(zhàn)爭(zhēng)中廣泛使用的“震天雷”(又稱為鐵火炮),就是一種采用生鐵鑄成殼體,內(nèi)裝火藥,再裝上一根引火線(藥捻子)的彈藥,這個(gè)藥捻子實(shí)際上是起一個(gè)延期控制機(jī)構(gòu)(延期引信)的作用。明永樂10年(1412年)成書的《火龍經(jīng)》稱這種有防潮、防水性能的捻子為“信”或“藥信”,書中在描述“鉆風(fēng)神火流星炮”的引火裝置時(shí)這樣寫道:“……分四信引于外,中留空藏一信,盤曲于中,以礬紙裹信,藏久不潮。”《武備志》中詳細(xì)記載了“信”的制作方法,這種“信”或 “藥信”就是引信的雛形。在《天工開物》一書中,不僅已出現(xiàn)了“引信”的名稱,而且將“信”與“引信”通用。但是,這些早期的引信在結(jié)構(gòu)上與現(xiàn)代引信是有明顯區(qū)別的,從古代引火的“信”,發(fā)展到當(dāng)代性能先進(jìn)的引信,經(jīng)歷了深刻而巨大的變革,集聚了無(wú)數(shù)武器研制者的辛勤勞動(dòng)與血汗。

        在歐洲,引信的發(fā)展歷史是從16世紀(jì)開始的,直到那時(shí)才出現(xiàn)用在鑄鐵球彈上的引信。這種引信是將火藥裝在蘆葦管或木管內(nèi),由發(fā)射藥的火焰點(diǎn)燃。到1835年,出現(xiàn)了采用藥盤延時(shí)的引信;19世紀(jì)中葉,觸發(fā)引信在戰(zhàn)場(chǎng)上出現(xiàn);19世紀(jì)80年代,苦味酸炸藥應(yīng)用在彈藥中,使引信的發(fā)展產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍,隨后便出現(xiàn)了含有雷管及傳爆藥的引信;1893年,出現(xiàn)了雷管隔離型引信,即所謂的保險(xiǎn)型引信。

        19世紀(jì)末,歐洲機(jī)械工業(yè)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的水平,精確的鐘表問世,不久后,人們便考慮在引信中使用鐘表機(jī)構(gòu),到20世紀(jì)初,便研制成功采用鐘表機(jī)構(gòu)的時(shí)間引信,這種時(shí)間引信的效果要比藥盤時(shí)間引信好得多。但使用這種引信對(duì)付空中目標(biāo)時(shí),往往出現(xiàn)彈丸離目標(biāo)最近時(shí),引信的延期時(shí)間卻沒有到,從而貽誤了戰(zhàn)機(jī)的情況。因此,人們希望引信能在彈丸距離目標(biāo)最近的地方作用,但研制這種“近炸”引信的理想,直到第二次世界大戰(zhàn)后期才成為現(xiàn)實(shí)。到20世紀(jì)40年代中期,無(wú)線電電子學(xué)、電子技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)得到充分發(fā)展,超小型電子管等電子元件和微型米波雷達(dá)收發(fā)機(jī)的研制成功,為無(wú)線電近炸引信的研制提供了技術(shù)基礎(chǔ),不久便出現(xiàn)了無(wú)線電近炸引信。盡管無(wú)線電近炸引信已經(jīng)完全不是時(shí)間引信了,可在它問世的初期,人們?nèi)匀环Q其為“可變時(shí)間引信”(Variable time fuse),簡(jiǎn)稱“VT引信”。由于坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈和其他運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)中噴出的高溫氣流成為引信接收目標(biāo)信息的一個(gè)途徑,于是便出現(xiàn)了紅外線近炸引信;70年代后期出現(xiàn)了具有延期、近炸和觸發(fā)功能的多用途引信;隨著電子計(jì)算機(jī)和芯片、數(shù)字電路等微電子技術(shù)的發(fā)展,一些發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)末開始研制不僅能接收人工指令和目標(biāo)環(huán)境信息,而且能對(duì)信息進(jìn)行自動(dòng)處理的智能引信,現(xiàn)在,這種智能引信已進(jìn)入工程研制階段,預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),智能引信就有可能在戰(zhàn)場(chǎng)出現(xiàn)。

        引信的組成和作用過程

        對(duì)現(xiàn)代引信功能的要求,歸納起來(lái)有三個(gè):一是確保彈藥在生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裝填、發(fā)射和發(fā)射后的規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能作用,以保證生產(chǎn)和操作使用人員的人身安全;二是感受目標(biāo)信息或接收指令后,能對(duì)信息和指令進(jìn)行處理,確定戰(zhàn)斗部的最佳起爆時(shí)機(jī)和位置,取得對(duì)目標(biāo)最好的毀傷效果;三是向戰(zhàn)斗部輸出足夠的起爆(點(diǎn)火)能量,使彈藥正常作用。

        不同的引信在組成上是有差異的,但一般都由發(fā)火控制系統(tǒng)、傳爆系列、安全系統(tǒng)和能源等裝置或系統(tǒng)組成。

        發(fā)火控制系統(tǒng)的作用是感覺目標(biāo)信息和目標(biāo)區(qū)環(huán)境信息,抑或接收使用者發(fā)出的指令,經(jīng)處理后使傳爆系列的第一級(jí)元件作用。整個(gè)系統(tǒng)由信息接收裝置(包括目標(biāo)敏感裝置)、信息處理裝置和發(fā)火裝置組成。目標(biāo)敏感裝置,是感覺、接收目標(biāo)或目標(biāo)周圍環(huán)境信息,并能將信息以力、電信號(hào)輸出的裝置。根據(jù)引信對(duì)目標(biāo)的感覺方式,可以分為直接感覺和間接感覺2種敏感裝置。直接感覺敏感裝置設(shè)在引信內(nèi)部,由引信直接感覺目標(biāo)信息,并將這些感覺到的信息轉(zhuǎn)送到信息處理裝置。間接感覺敏感裝置是引信外部的探測(cè)設(shè)備(如雷達(dá)等),這些外部設(shè)備將獲得的信息通過武器的火控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定信號(hào)或指令信號(hào)發(fā)送到信息處理裝置。

        信息處理裝置是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行處理,以實(shí)現(xiàn)控制最佳作用時(shí)機(jī)的裝置。一般信號(hào)處理裝置,可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、辨?zhèn)蔚忍幚恚行┫冗M(jìn)的信息處理裝置還能對(duì)彈藥侵徹目標(biāo)的信息進(jìn)行識(shí)別和處理,對(duì)作用時(shí)機(jī)和位置進(jìn)行自動(dòng)控制,達(dá)到最佳毀傷效果。在有的引信中,信息處理裝置的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,現(xiàn)代最先進(jìn)的智能引信,在信息處理裝置中,還有人工智能模塊,可以進(jìn)行復(fù)雜的信息處理。

        發(fā)火裝置是引信爆炸序列中第一級(jí)起爆元件發(fā)火的裝置,也稱為執(zhí)行裝置。常用的發(fā)火裝置由擊發(fā)機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火機(jī)構(gòu)等組成。

        引信的傳爆(傳火)系列是各種傳爆元件按其敏感性逐漸降低、輸出能量逐漸提高的順序排列的組合。其作用是將較小的刺激沖量,有控制地放大到使戰(zhàn)斗部裝藥完全爆炸或燃燒的水平。傳爆系列的組成簡(jiǎn)繁不一,最簡(jiǎn)單的只有1個(gè)雷管和1個(gè)傳爆藥柱,比較復(fù)雜的有火帽、延期元件、雷管、導(dǎo)爆藥和傳爆藥等。

        安全系統(tǒng)是引信在勤務(wù)處理、發(fā)射及解除保險(xiǎn)之前保證引信安全的裝置。其作用是保證引信進(jìn)入目標(biāo)區(qū)以前的安全。一般由保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、隔離機(jī)構(gòu)和自毀機(jī)構(gòu)等組成,現(xiàn)代先進(jìn)引信的安全系統(tǒng)還包括環(huán)境敏感裝置(或指令接收裝置)、保險(xiǎn)與解除保險(xiǎn)的狀態(tài)控制裝置、隔爆和能量隔離裝置等,并要求有2個(gè)或2個(gè)以上獨(dú)立的保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)。

        1-拉環(huán);2-擊針軸;3-火帽;4-擊針彈簧;5-擊針板;6-保險(xiǎn)銷;7-引信體;8-延期管;9-保險(xiǎn)握片;10-彈體;11-鋼球破片套;12-炸藥柱;13-雷管

        ▲奧地利T72式手榴彈及其引信結(jié)構(gòu)

        ▲引信的基本組成及與目標(biāo)、戰(zhàn)斗部的關(guān)系

        平時(shí),引信的安全系統(tǒng)將發(fā)火控制系統(tǒng)鎖定在不敏感或不能工作的狀態(tài),隔離機(jī)構(gòu)切斷傳爆系列和傳爆通道,這樣使引信處于安全狀態(tài)。

        引信與戰(zhàn)斗部的結(jié)合方式是多種多樣的,主要有裝在彈頭、彈尾、彈身和頭尾分裝等形式,大多數(shù)手榴彈和槍榴彈引信是裝在彈頭的,如奧地利T72式手榴彈。所有引信在使用(或進(jìn)入彈膛)之前,一直是處于出廠裝配時(shí)的保險(xiǎn)狀 態(tài)。引信的作用過程是指從戰(zhàn)斗部被發(fā)射或投擲開始到引爆(點(diǎn)燃)戰(zhàn)斗部裝藥的全過程,包括解除保險(xiǎn)、目標(biāo)信息作用和引爆(引燃)3個(gè)過程。解除保險(xiǎn)過程是戰(zhàn)斗部發(fā)射或投擲后,利用環(huán)境能源或引信自帶能源完成發(fā)火前的一系列動(dòng)作,使其處于能接收信息或指令的工作狀態(tài)的全過程,即發(fā)火控制系統(tǒng)和爆炸序列從安全狀態(tài) 轉(zhuǎn)換為待發(fā)狀態(tài)的過程。解除保險(xiǎn)過程結(jié)束時(shí),保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)解除保險(xiǎn),引信呈待發(fā)狀態(tài)(或待爆狀態(tài)),這時(shí),引信的信息或指令接收裝置一旦接收到來(lái)自目標(biāo)、目標(biāo)環(huán)境的信息或使用者的指令,便迅速傳送到信息處理裝置,進(jìn)行識(shí)別處理,如達(dá)到預(yù)先裝定或指令修正的發(fā)火時(shí)間或最佳發(fā)火條件時(shí),便立即發(fā)出發(fā)火信號(hào),由傳送通道傳送到執(zhí)行(發(fā)火)裝置,產(chǎn)生發(fā)火輸出。執(zhí)行(發(fā)火)裝置接收到發(fā)火信號(hào)的能量后,使傳爆序列的第一級(jí)起爆(點(diǎn)火)元件作用,通過傳爆序列引爆或點(diǎn)燃戰(zhàn)斗部的主裝藥,引信的全部作用過程便告完成。引信的作用可靠性主要取決于解除保險(xiǎn)和信息處理過程中各個(gè)程序的正常與否。

        引信的基本組成及與目標(biāo)、戰(zhàn)斗部的關(guān)系如圖示。

        現(xiàn)代先進(jìn)引信的基本要求

        人們對(duì)引信的基本要求,是隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷變化的。早期人們的基本要求主要是確保使用者的安全,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,高新技術(shù)在引信上不斷應(yīng)用,人們對(duì)現(xiàn)代先進(jìn)引信的基本要求逐步提高。一般來(lái)說(shuō),引信應(yīng)能達(dá)到全天候使用、抗干擾、適時(shí)起爆等基本的性能要求。當(dāng)然,不同引信又有各自不同的特殊性能要求,如炮彈引信,由于特殊的使用環(huán)境,對(duì)其不僅有引信的基本性能要求,而且有能承受高過載、高強(qiáng)度沖擊和急速卸載等特殊要求;迫擊炮彈引信的特殊要求是發(fā)射過程的低過載、不旋轉(zhuǎn)條件下解除保險(xiǎn),全壽命周期的勤務(wù)可靠保險(xiǎn)。(待續(xù))

        (編輯/王曉濤)

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