張　健，李作華，侯小丫，曲凡軍

(1.海軍駐沈陽彈藥專業(yè)代表室，遼寧 沈陽 110045；2.遼寧華興機電有限公司，遼寧 錦州 121000；

3.遼沈工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽 110045)

?

彈丸質(zhì)偏對引信解除保險距離的影響

張健1，李作華2，侯小丫2，曲凡軍3

(1.海軍駐沈陽彈藥專業(yè)代表室，遼寧 沈陽 110045；2.遼寧華興機電有限公司，遼寧 錦州 121000；

3.遼沈工業(yè)集團有限公司，遼寧 沈陽 110045)

摘要：為揭示彈丸存在質(zhì)量偏心時對引信無返回力矩鐘表機構解除保險距離的影響，建立動力學模型，結合產(chǎn)品實例，利用Matlab軟件分析彈丸質(zhì)偏變動所引起的解除保險距離變化情況。結果證明，彈丸存在質(zhì)偏時會引起引信解除保險距離的散布，引信設計時需考慮彈丸質(zhì)偏對引信解除保險距離的影響，彈藥生產(chǎn)過程也需對彈丸質(zhì)偏加以控制，以便為引信可靠作用提供適宜條件，有效發(fā)揮彈藥的毀傷效能。

關鍵詞：彈丸；質(zhì)偏；引信；保險距離

引信的延期解除保險距離是保證彈藥在發(fā)射器附近人員與設施安全性的一項重要性能參數(shù)[1-2]。無返回力矩鐘表機構是引信系統(tǒng)中一種非常重要的延期解除保險機構[3]。一般包括原動機、齒輪系和調(diào)速器(騎馬輪、卡瓦擺)等三部分，被保險的零件或機構(例如裝有雷管的轉子)固連在驅(qū)動齒輪或齒條上，驅(qū)動力矩由彈簧(多為扭簧)或彈丸運動時的慣性力來產(chǎn)生。利用彈丸旋轉環(huán)境產(chǎn)生的離心力作為原動力驅(qū)動鐘表機構運轉，是旋轉彈引信鐘表延期解除保險裝置非常適宜的方式。這種機構合理利用了彈丸飛行環(huán)境，避開了儲能設計；利用導程與彈徑的比例關系(火炮纏度)，調(diào)節(jié)不同彈徑所要達到的解除保險距離。

在外彈道上，彈丸的質(zhì)偏會引起彈丸旋轉軸線與引信鐘表保險機構的幾何中心軸線發(fā)生隨機偏移,這種偏移會改變鐘表機構的驅(qū)動力矩和摩擦力矩，影響保險機構解除保險距離。本文研究彈丸質(zhì)偏對鐘表機構解除保險距離的影響。

1　無返回力矩鐘表機構動力學模型

根據(jù)彈藥的發(fā)射特性，引信采用帶離心齒弧的回轉體和無返回力矩鐘表組成[4]的自適應鐘表延期解除保險機構實現(xiàn)平時安全與發(fā)射后可靠解保。為分析鐘表延期解除保險機構的延期性能，建立動力學模型(不考慮偏擺現(xiàn)象)。

1) 騎馬輪的導出轉動慣量

IR/(N3N2N1)2

(1)

式中：I1為第一輪轉動慣量；I2為第二輪轉動慣量；IE為騎馬輪轉動慣量；IR為轉子轉動慣量；N1為首級傳動比；N2為次級傳動比；N3為三級傳動比。

摩擦力矩等效因子

f=mRrrPR+(N1/η)m1r1rP1+(N1N2/η2)m2r2rP2+(N1N2N3/η3)mqrqrpq+

(N1N2N3PKp/η4)mbrbrpb

(2)

式中：mR為轉子質(zhì)量；r為轉子軸與旋轉軸距；P為擒縱運動系數(shù)；Kp為擒縱機構力矩傳動比；rPR為轉子軸半徑；rP1為第一輪軸半徑；rP2為第二輪軸半徑；rPq為騎馬輪軸半徑、rPb為擺軸半徑；r1為第一輪與旋轉軸距；r2為第二輪與旋轉軸距；rq為騎馬輪與旋轉軸距；rb為擺軸與旋轉軸距；為傳動效率。

擒縱機構導出傳動比

(3)

Ie由式(1)求得；Ip為擺轉動慣量。

鐘表機構導出傳動比

Cn=CE(N3N2N1)3/η3

(4)

平均剩余驅(qū)動力矩

D=mRarη4(cosθ0-cosθ1)/(θ1-θ0)-μf

(5)

式中：a為轉子偏心距；θ0為轉子起始角；θ1為解除保險角；μ為摩擦系數(shù)；f可由式(2)求得。

鐘表延期解除保險機構的特征值

N=(θ1-θ0)(Cn/D)0.5

(6)

2) 鐘表機構延期解除保險距離計算

鐘表延期解除保險機構實現(xiàn)彈藥平時安全與發(fā)射后可靠解保險，發(fā)射后的延期保險距離與彈丸的彈徑、火炮纏度和鐘表延期解除保險機構特征參數(shù)三個元素乘積成正比，延期保險距離計算公式如下。

S=N·Dh·m

(7)

式中：Dh為彈丸直徑；m為火炮纏度；N為鐘表延期解除保險機構的特征值。

對于一種彈藥系統(tǒng)來說，彈丸直徑、火炮纏度參數(shù)不變，影響彈藥的延期保險距離只有鐘表延期解除保險機構的特征參數(shù)。

2　鐘表延期解除保險機構實例

圖1為某型鐘表延期解除保險的一個實例，設計參數(shù)見表1。

理想狀態(tài)延期解除保險特征參數(shù)：N=32r，對應122毫米榴彈炮的解除保險距離為78m。

3　彈丸質(zhì)偏對解保距離影響的計算

以配用于122毫米榴彈炮引信為例，利用Matlab軟件計算彈丸質(zhì)心軸偏移量分別為1mm、2mm、5.52mm、5.55mm和質(zhì)心軸偏轉角對解除保險距離的影響情況。解除保險距離與彈丸質(zhì)心軸偏角的關系如圖2～圖5(偏角θ為轉子軸、鐘表機構中心軸、彈丸質(zhì)心軸之間形成的夾角)。

圖1　鐘表機構示意圖

參數(shù)符號數(shù)值參數(shù)符號數(shù)值首級傳動比N15.5騎馬輪質(zhì)量/gmq0.26次級傳動比N23擺質(zhì)量/gmb0.607三級傳動比N33轉子轉動慣量/(g.mm2)IR917.0924傳動效率η0.98第一輪轉動慣量/(g.mm2)I14.1863轉子起始角/radθ00.5585第二輪轉動慣量/(g.mm2)I23.5008解除保險角/radθ11.8326騎馬輪轉動慣量/(g.mm2)IE1.1456轉子偏心距/mma2.1053擺轉動慣量/(g.mm2)Ip3.02486轉子軸半徑/mmrPR0.15擒縱運動系數(shù)P0.15第一輪軸半徑/mmrP10.46擒縱機構力矩傳動比Kp1.825第二輪軸半徑/mmrP20.42轉子軸與旋轉軸距/mmr6.5騎馬輪軸半徑/mmrPq0.42第一輪與旋轉軸距/mmr19.34擺軸半徑/mmrPb0.425第二輪與旋轉軸距/mmr211.651轉子質(zhì)量/gmR17.05騎馬輪與旋轉軸距/mmrq10.213第一輪質(zhì)量/gm10.72擺軸與旋轉距/mmrb11.272第二輪質(zhì)量/gm20.4摩擦系數(shù)μ取0.15

從圖2～5的曲線可以看出：1)質(zhì)心軸偏移量為1mm:偏移角為1.64rad(94°)時解除保險距離出現(xiàn)最大值為82m；偏移角為4.32rad(248°)時解除保險距離出現(xiàn)最小值為76m2)質(zhì)心軸偏移量為2mm:偏移角為1.80rad(103°)時解除保險距離出現(xiàn)最大值為88m；偏移角為3.82rad(219°)時解除保險距離出現(xiàn)最小值為75m3)質(zhì)心軸偏移量為5.52mm:偏移角為2.54rad(146°)時解除保險距離達到3486m，遠大于解除保險距離指標的上限；再增大質(zhì)心軸偏移量(圖5)，出現(xiàn)曲線斷開現(xiàn)象，斷開部分是解除保險距離無限長的狀態(tài)，在此情況下，保險機構不能正常解除保險。

圖2　軸偏1mm時解除保險距離曲線

圖3　軸偏5.52mm時解除保險距離曲線

圖4　軸偏2mm時解除保險距離曲線

圖5　軸偏5.55mm時解除保險距離曲線

4　結束語

彈丸的旋轉軸線與引信鐘表機構的幾何軸線偏離時，會帶來引信解除保險距離產(chǎn)生散布；在引信設計過程，需要考慮解除保險距離受軸向偏移所帶來的影響，避免超出解除保險距離指標規(guī)定；在考核、驗證引信解除保險距離時，應該控制所用惰性裝填物試驗彈(砂彈)的物理狀態(tài)，使其與實彈一致或接近，以便反映產(chǎn)品實際特性；合理控制彈藥質(zhì)偏因素(壁厚差、戰(zhàn)斗部裝藥均勻性等實物質(zhì)量狀態(tài))，為引信功能與性能的正常發(fā)揮和實現(xiàn)提供適宜的環(huán)境條件。

參考文獻：

[1]田棣華，馬寶華，范寧軍.兵器科學技術總論[M].北京：北京理工大學出版社，2003.

[2]王儒策，趙國志，楊紹卿.彈藥工程[M].北京：北京理工大學出版社，2002.

[3]陸文廣,芮筱亭,陸毓麒，等.無返回力矩鐘表機構動力學研究[J].兵工學報，2005,26(3)：401-404.

[4]張合，李豪杰.引信機構學[M].北京：北京理工大學出版社，2007.

(責任編輯：趙麗琴)

Influence of Centroidal Deviation of Projectile on Unarming Distance of Fuze

ZHANG Jian1,LI Zuohua2,HOU Xiaoya2,QU Fanjun3

(1.Navy Permanent In Shengyang,Shenyang 110045,China；

2.Liaoning Huaxing Electrical Co.Ltd,Jinzhou 121000,China;

3.Liaoshen Industries Croup Co.Ltd,Shenyang 110045,China)

Abstract：In order to reveal the influence of mass centroidal deviation of projectile on fuze unarming diatance device of no return torque clock,proposes a kinetic model combined with real product samples and analyzes the unarming distance changes caused by changes of projectile mass deviation using Matlab software.Proves that if of projectile mass deviation occurs,the fuze unarming distance dispersion will be caused and so you should consider the affection when you design fuzes and slso should control the projectile mass deviation during ammunition production to provide suitablie conditions for fuze reliability functions and release the ammunition damaging performance.

Key words：projectile；eccentricity；fuze；unarming distance

中圖分類號：TJ430

文獻標志碼：A

文章編號：1003-1251(2015)01-0013-04

作者簡介：張健(1970—)，男，高級工程師，研究方向：彈藥工程.

收稿日期：2014-04-28