杜俠張樹(shù)云梁震、山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院　、中煤平朔集團(tuán)有限公司

基于電磁拔銷器引信安全狀態(tài)可恢復(fù)研究

杜俠1張樹(shù)云1梁震2
1、山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2、中煤平朔集團(tuán)有限公司

傳統(tǒng)引信安全狀態(tài)只具有單向轉(zhuǎn)換功能，為改進(jìn)這一功能，本文提出了一種方法即利用電磁拔銷器得失電原理實(shí)現(xiàn)引信在出現(xiàn)攻擊異常的情況下由待發(fā)狀態(tài)再次恢復(fù)到安全狀態(tài)。文中設(shè)計(jì)了電磁拔銷器安全機(jī)構(gòu)模型，闡述了其工作原理，并利用SolidWorks軟件對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真分析，仿真結(jié)果表明該設(shè)計(jì)滿足基本實(shí)用要求，而且這種實(shí)現(xiàn)方案具有體積小、成本低和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)新型引信的研究提供了一定的參考價(jià)值。

引信；安全狀態(tài)可恢復(fù)；電磁拔銷器

前言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜，作戰(zhàn)單位身份難以確定，而且武器的威力越來(lái)越大，攻擊距離越來(lái)越遠(yuǎn)，一旦未找到目標(biāo)彈藥或引信發(fā)火控制系統(tǒng)未按預(yù)定條件工作，可能會(huì)發(fā)生誤傷誤炸，后果不堪設(shè)想。為了避免這種問(wèn)題，需要研究在攻擊出現(xiàn)異常的情況下使引信能夠由待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)的方法，并且稱這種具有狀態(tài)逆向控制的功能為安全狀態(tài)可恢復(fù)功能［1，2］。鑒于此，本文提出了利用電磁拔銷器實(shí)現(xiàn)引信的可逆運(yùn)動(dòng)的研究。

1　引信安全狀態(tài)恢復(fù)功能及作用原理

引信主要由目標(biāo)探測(cè)與發(fā)火控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、爆炸序列和能源裝置等組成。其中引信安全系統(tǒng)是引信的重要組成部分，作用是保證引信在生產(chǎn)裝配、運(yùn)算、貯存、裝填、發(fā)射以及發(fā)射后的彈道起始段上的可靠性，避免給己方人員造成威脅［3］。鑒于此以水平轉(zhuǎn)子為例討論安全狀態(tài)可恢復(fù)過(guò)程。

具有安全狀態(tài)恢復(fù)功能的引信工作過(guò)程如圖1所示。（1）正常情況下，彈藥發(fā)射前，引信處于安全狀態(tài)。彈藥發(fā)射時(shí)，引信感知環(huán)境力后，解除保險(xiǎn)，爆炸序列對(duì)正，引信進(jìn)入待發(fā)狀態(tài)。碰擊目標(biāo)時(shí)，引信作用。（2）當(dāng)攻擊出現(xiàn)異常，已解除保險(xiǎn)的引信利用敵我識(shí)別技術(shù)，得到目標(biāo)屬性的最大準(zhǔn)確估計(jì)并將其反饋給指揮中心或引信主控制器。當(dāng)作戰(zhàn)指揮平臺(tái)或引信主控制器檢測(cè)到彈藥攻擊出現(xiàn)異常時(shí)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)會(huì)切斷爆炸序列的能量傳遞通道，實(shí)現(xiàn)引信自待發(fā)狀態(tài)恢復(fù)至安全狀態(tài)。

圖1　可恢復(fù)引信工作過(guò)程圖

2　電磁拔銷器可恢復(fù)安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2　安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)示意圖

具體工作原理如下：

（1）正常狀態(tài)下，水平轉(zhuǎn)子隔爆機(jī)構(gòu)6被電磁拔銷器10和后坐銷1鎖住，如圖2所示的隔爆位置。水平轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)的雷管5與導(dǎo)爆藥柱12錯(cuò)開(kāi)，引信處于安全狀態(tài)。

（2）發(fā)射時(shí)，后坐銷在后坐力作用下壓縮后坐銷簧，后坐銷沿著曲折槽2折線下降，當(dāng)后坐銷收縮到一定的距離時(shí)，解除引信的第一級(jí)保險(xiǎn)；電磁拔銷器則利用彈藥出炮口的信號(hào)作為電磁拔銷器計(jì)時(shí)裝置的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，計(jì)時(shí)時(shí)間到，銜鐵導(dǎo)電，電磁銷收縮，解除引信的第二級(jí)保險(xiǎn)，釋放水平隔爆轉(zhuǎn)子。水平轉(zhuǎn)子在扭簧的扭矩作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電磁拔銷器在銜鐵簧的作用下在導(dǎo)向槽中和轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定位置時(shí)，電磁拔銷器的銜鐵斷電，釋放電磁銷插入轉(zhuǎn)子座的孔內(nèi)，將轉(zhuǎn)子固定。此時(shí)雷管與導(dǎo)爆藥柱對(duì)正，引信處于正常發(fā)火狀態(tài)，如圖3所示。

圖3　正常發(fā)火對(duì)正時(shí)剖視圖

（3）當(dāng)彈藥攻擊異常時(shí)，引信指令接收處理模塊解譯出狀態(tài)恢復(fù)指令，控制電磁拔銷器銜鐵再次得電，使得電磁銷回縮，轉(zhuǎn)子在扭簧剩余力矩驅(qū)動(dòng)下再次轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，恢復(fù)保險(xiǎn)銷9插入下方的定位孔，斷電后的電磁銷在彈簧推動(dòng)下插入下方的定位孔。此時(shí)，轉(zhuǎn)子被兩級(jí)固定，雷管和導(dǎo)爆藥柱錯(cuò)開(kāi)，引信處于隔爆狀態(tài)。從而引信再次處于安全狀態(tài)，如圖4所示。

圖4　引信再次恢復(fù)安全狀態(tài)時(shí)的剖視圖

作者簡(jiǎn)介：杜俠，1988年出生，山西人，碩士研究生，研究方向：目標(biāo)傳感探測(cè)與控制技術(shù)。

3　關(guān)鍵零部件仿真分析

勤務(wù)處理中最危險(xiǎn)的情況是搬運(yùn)時(shí)的偶然跌落，這可能使引信機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作，或者產(chǎn)生錯(cuò)位、變形失效等現(xiàn)象。因此，對(duì)其進(jìn)行跌落試驗(yàn)，來(lái)模擬偶然跌落的振動(dòng)情況，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的安全性。

檢驗(yàn)方法是，將引信按戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，從一定高度（本文選取1.5m為跌落高度）向鋼板進(jìn)行自由墜落。作為投擲目標(biāo)的障礙物，一般都采用鋼板。

本文將對(duì)轉(zhuǎn)子主體和慣性保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行跌落仿真，驗(yàn)證轉(zhuǎn)子軸強(qiáng)度和后坐銷導(dǎo)向銷強(qiáng)度。

3.1轉(zhuǎn)子強(qiáng)度仿真

將轉(zhuǎn)子模型導(dǎo)入SolidWorks Simulation跌落測(cè)試，為了符合實(shí)際情況，將轉(zhuǎn)子座、轉(zhuǎn)子上蓋同轉(zhuǎn)子組成的裝配體導(dǎo)入作為跌落的實(shí)體。

將模型導(dǎo)入后，設(shè)置材料屬性，根據(jù)實(shí)際情況，選擇1060鋁合金。設(shè)置網(wǎng)格密度，生成網(wǎng)格。設(shè)置跌落測(cè)試數(shù)據(jù)：跌落高度從最低點(diǎn)到地面1.5m，重力加速度9.81m/s2，方向與彈軸平行向下。設(shè)置連結(jié)關(guān)系，轉(zhuǎn)子座和轉(zhuǎn)子上蓋固結(jié)。

設(shè)置好參數(shù)后運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果為了便于觀察，采用的是截面觀察，轉(zhuǎn)子1.5m跌落仿真應(yīng)力如圖5和圖6所示。

圖5　轉(zhuǎn)子1.5m跌落仿真應(yīng)力圖

圖6　轉(zhuǎn)子1.5m跌落仿真位移圖

3.2慣性保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)跌落仿真

將慣性保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)模型導(dǎo)入跌落測(cè)試，同樣設(shè)置材料屬性：含蛇形槽的套筒和后坐銷材料設(shè)置為1060鋁，后坐銷簧材料設(shè)置為不銹鋼。設(shè)置網(wǎng)格密度，生成網(wǎng)格。設(shè)置跌落測(cè)試數(shù)據(jù)：跌落高度從最低點(diǎn)到地面1.5m，重力加速度9.81m/s2，方向與套筒軸平行向下。設(shè)置連結(jié)關(guān)系，后坐銷簧底部與套筒底部固結(jié)，導(dǎo)向銷外沿與蛇形槽內(nèi)壁接觸。

一切設(shè)置正常后，運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果為了便于觀察，采用的是截面觀察，后坐銷1.5m跌落仿真應(yīng)力如圖7和圖8所示。

圖7　后坐銷1.5m跌落仿真應(yīng)力圖

圖8　后坐銷1.5m跌落仿真位移圖

4　仿真結(jié)果分析

（1）轉(zhuǎn)子強(qiáng)度仿真試驗(yàn)中，由圖5和圖6可知轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子的應(yīng)力都沒(méi)有超過(guò)屈服力，而轉(zhuǎn)子座由于在仿真中，與鋼板直接碰撞，局部應(yīng)力過(guò)大，超過(guò)了屈服力。但是實(shí)際運(yùn)用中，轉(zhuǎn)子座不會(huì)直接與地面碰撞，屬于引信內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)，所以該轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)閴嬄涠l(fā)生過(guò)度形變，產(chǎn)生不安全因素。

（2）慣性保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)仿真試驗(yàn)中，由圖7可知后坐銷、彈簧都沒(méi)有超出屈服力，所以慣性保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度滿足需求。在1.5m跌落過(guò)程中，后坐銷相對(duì)慣性筒的相對(duì)變化量，由圖8位移圖形可知，后坐銷相對(duì)慣性筒的位移最大量遠(yuǎn)小于解除保險(xiǎn)距離。

由此可知，本文所設(shè)計(jì)磁拔銷器可恢復(fù)安全機(jī)構(gòu)由于偶然跌落而提前解除保險(xiǎn)的可能性幾乎為零，設(shè)計(jì)基本符合要求。

5　結(jié)論

為解決彈藥在攻擊異常情況下引信待發(fā)狀態(tài)不可向安全狀態(tài)逆轉(zhuǎn)的問(wèn)題，本文從安全狀態(tài)可恢復(fù)功能角度出發(fā)，運(yùn)用電磁拔銷器得失電的原理設(shè)計(jì)了電磁拔銷器安全機(jī)構(gòu)模型。通過(guò)跌落仿真實(shí)驗(yàn)完成了安全機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸及保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)整體強(qiáng)度驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電磁拔銷器安全機(jī)構(gòu)滿足引信在實(shí)際應(yīng)用中的需求，且該機(jī)構(gòu)具有體積小、成本低和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)新型引信的研究有一定的參考價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

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