施長(zhǎng)軍,丁 剛,郭 莎,李公法,王世英,宋玉江

(西安近代化學(xué)研究所,西安 710065)

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云爆戰(zhàn)斗部二次起爆引信抗干擾方法

施長(zhǎng)軍,丁 剛,郭 莎,李公法,王世英,宋玉江

(西安近代化學(xué)研究所,西安 710065)

針對(duì)云爆戰(zhàn)斗部二次起爆引信靜爆試驗(yàn)過程中起爆時(shí)間偏差較大的問題,采取提高電路穩(wěn)壓可靠性、增加電纜傳輸線切斷功能及優(yōu)化電路板布線設(shè)計(jì)等抗干擾方法,提高了二次起爆引信抗干擾能力,并通過引信系統(tǒng)時(shí)序試驗(yàn)、靜爆試驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果表明:能夠抑制一次起爆所產(chǎn)生的沖擊、燃料及爆轟產(chǎn)物疊加產(chǎn)生的復(fù)雜場(chǎng)的干擾,解決了時(shí)間偏差較大的問題,延時(shí)引信時(shí)間準(zhǔn)確,抗干擾方法有效,提高了起爆引信的作用可靠性。

云爆戰(zhàn)斗部;高精度二次起爆引信;抗爆轟干擾

0 引言

云爆戰(zhàn)斗部是一種區(qū)別于凝聚相炸藥爆轟的新式戰(zhàn)斗部,屬于燃料空氣炸彈(fuel air explosive,FAE)的一種,其作用原理是將云爆彈投送到目標(biāo)上空一定高度處,二次起爆引信被拋出,延時(shí)一定時(shí)間后,中心拋撒裝藥起爆,燃料被拋到空中,在拋撒過程中,燃料迅速彌散成霧狀小液滴并與周圍空氣充分混合,形成由揮發(fā)性氣體、液體或懸浮固體顆粒物組成的氣溶膠狀云團(tuán),再利用二次起爆引信實(shí)施延時(shí)強(qiáng)起爆,使其發(fā)生云霧爆轟[1-3]。云爆戰(zhàn)斗部的威力與二次起爆時(shí)間呈拋物線關(guān)系,起爆云霧過早,由于云霧還未來得及散開或與空氣中的氧氣混合不夠充分,可能發(fā)生云霧竄火,影響爆炸的威力;起爆云霧過遲,由于云霧在重力作用下開始落到地面,也影響爆炸威力[4],因此,高精度的二次起爆延期引信是云爆戰(zhàn)斗部充分發(fā)揮作用的必要條件,二次起爆延時(shí)幾百毫秒,精度1%[5-6]。戰(zhàn)斗部試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),在拋撒裝藥爆轟、燃料拋撒到空氣中并在空氣中彌散的過程中,高精度的二次起爆引信會(huì)受到?jīng)_擊波和靜電干擾,出現(xiàn)引信瞎火或起爆時(shí)間偏差大。查閱國內(nèi)外關(guān)于高精度延時(shí)起爆引信大量資料,未見高精度的延時(shí)引信抗爆轟和靜電干擾方法報(bào)道。文中針對(duì)云爆戰(zhàn)斗部試驗(yàn)過程中二次起爆引信出現(xiàn)的干擾失效問題,提出了抗干擾方法,并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 二次起爆引信

1.1 組成及優(yōu)點(diǎn)

云爆戰(zhàn)斗部二次起爆引信為延期引信,采用成熟的電作動(dòng)器剛性保險(xiǎn)技術(shù)和電子定時(shí)起爆技術(shù),由電子部件、爆炸序列、滑塊隔爆機(jī)構(gòu)、短路及接電機(jī)構(gòu)、冗余保險(xiǎn)裝置等組成。高精度延時(shí)起爆引信具有操作簡(jiǎn)單、安全性可靠性高及延時(shí)精度高的優(yōu)點(diǎn)。功能框圖如圖1所示。

1.2 工作原理

云爆戰(zhàn)斗部試驗(yàn)過程中,安裝引信之前先手動(dòng)解除引信的第一道保險(xiǎn)解除。手動(dòng)接通外接電源,同時(shí)電平轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)和供電保持電路開始工作,解除保險(xiǎn)執(zhí)行電路通電。當(dāng)發(fā)出第二道解除保險(xiǎn)指令時(shí),引信的第二道電保險(xiǎn)解除,引信處于待發(fā)狀態(tài)。

圖1 二次起爆引信組成框圖

當(dāng)遠(yuǎn)程控制程序發(fā)出起爆指令時(shí),單片機(jī)計(jì)時(shí)開始,計(jì)時(shí)電路開始工作。引信按照時(shí)序啟動(dòng)起爆電路,電雷管爆炸,依次引爆導(dǎo)爆管、傳爆管和戰(zhàn)斗部裝藥。如果發(fā)出起爆指令后引信未能正常起爆,引信起爆電路同時(shí)具有電發(fā)火能量耗散特性,即在起爆信號(hào)后的30 min之內(nèi),耗散掉電發(fā)火能量。

2 二次起爆引信干擾分析

云爆戰(zhàn)斗部引信系統(tǒng)由點(diǎn)火引信、拋撒引信及二次起爆引信(兩個(gè))共4發(fā)引信組成,4發(fā)引信均為高精度延時(shí)引信,同一個(gè)計(jì)時(shí)起點(diǎn),按照裝定好的時(shí)序依次作用,其中只有兩個(gè)二次起爆引信經(jīng)受中心裝藥爆轟后沖擊波、燃料云團(tuán)干擾,出現(xiàn)引信瞎火或起爆出現(xiàn)很大偏差問題。

經(jīng)初步分析,二次起爆引信工作過程中主要受到中心拋撒裝藥爆轟產(chǎn)生的沖擊波,燃料散布與空氣、殼體破片摩擦產(chǎn)生的靜電的干擾。因此,從模擬拋撒裝藥爆轟和靜電干擾兩方面進(jìn)行分析。

2.1 拋撒裝藥沖擊波干擾

在試驗(yàn)過程中將拋撒引信裝配為全備引信,在拋撒引信兩路起爆的輸出端各增加5 g炸藥(聚黑-14),拋撒引信爆炸后,通過示波器監(jiān)測(cè)單片機(jī)復(fù)位接口是否有干擾。拋撒引信爆炸后,通過示波器監(jiān)測(cè)單片機(jī)復(fù)位接口,在復(fù)位接口上有干擾信號(hào),模擬試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示,即由5 V掉到1 V左右,持續(xù)時(shí)間為160 μs的干擾,造成單片機(jī)復(fù)位或停機(jī),使得引信起爆出現(xiàn)很大偏差。

2.2 靜電干擾

燃料散布過程中,燃料中的鋁粉與引信殼體表面產(chǎn)生摩擦,產(chǎn)生靜電,靜電干擾有可能使單片機(jī)失效,造成二次起爆引信瞎火。由于不清楚燃料中的鋁粉與二次起爆引信殼體表面摩擦產(chǎn)生靜電大小,所以按照GJB573A—1998中方法601靜電放電試驗(yàn)的要求進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果如表1、圖3所示。圖3中:紅色—單片機(jī)復(fù)位端(A路、B路)、藍(lán)色—A路、綠色—B路。B路單片機(jī)復(fù)位端電壓由5 V掉到2.5 V左右,造成單片機(jī)復(fù)位或停機(jī),使得二次起爆引信出現(xiàn)瞎火。

圖2 單片機(jī)復(fù)位接口波形

試驗(yàn)結(jié)果表明,靜電干擾超過12.5 kV對(duì)控制B路引信起爆輸出的單片機(jī)影響很大,雖然采用雙路冗余設(shè)計(jì),但大幅降低了二次起爆引信工作的可靠性。

表1 靜電放電試驗(yàn)結(jié)果

圖3 單片機(jī)復(fù)位接口波形

3 二次起爆引信抗干擾方法

在高精度延期引信設(shè)計(jì)中,抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是抑制干擾源,切斷干擾傳爆途徑,提高敏感器件的抗干擾性能。文中通過增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位端抗干擾能力,提高電路穩(wěn)壓可靠性,增加電纜傳輸線切斷功能及優(yōu)化電路板布線設(shè)計(jì)等措施提高抗干擾能力。

3.1 增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位端抗干擾能力

改進(jìn)前單片機(jī)復(fù)位端通電后為5 V高電平,單片機(jī)在5 V高電平條件下可正常工作。但在故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)中,單片機(jī)復(fù)位端由于受到爆炸引信施加在電纜線上的脈沖干擾,變?yōu)榈碗娖?脈沖寬度約160 μs,從而導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位,使得二次起爆引信起爆時(shí)間出現(xiàn)幾百毫秒的誤差,引信系統(tǒng)不能按照裝定時(shí)序正常工作。

為增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位端抗干擾能力,改進(jìn)后單片機(jī)復(fù)位端采用RC網(wǎng)絡(luò)消除小脈沖干擾的同時(shí)增加復(fù)位芯片電路,復(fù)位芯片將單片機(jī)復(fù)位引腳強(qiáng)行上拉至5 V高電平,避免單片機(jī)受干擾而復(fù)位,以進(jìn)一步提高復(fù)位端的抗干擾能力。

3.2 提高電路穩(wěn)壓可靠性

按GJB573A—1998方法601進(jìn)行了靜電放電試驗(yàn)。結(jié)果表明,在放電電壓大于12.5 kV時(shí)三端穩(wěn)壓器HT7350穩(wěn)壓輸出電壓出現(xiàn)降低現(xiàn)象,造成引信電路工作不穩(wěn)定,將HT7350更換為78L05后,再次進(jìn)行靜電放電試驗(yàn),在放電電壓達(dá)到25 kV時(shí),未出現(xiàn)穩(wěn)壓輸出電壓降低的現(xiàn)象,三端穩(wěn)壓器78L05穩(wěn)壓輸出正常。

3.3 在分線盒中增加電纜傳輸線切斷功能

云爆戰(zhàn)斗部試驗(yàn)過程中,在分線盒中增加單片機(jī)和繼電器。控制盒給出起爆指令后,分線盒中單片機(jī)接收起爆信號(hào)后起爆5 ms輸出控制繼電器動(dòng)作信號(hào),使繼電器分別切斷拋撒引信和點(diǎn)火引信的信號(hào)傳輸線和電源傳輸線,二次起爆引信不切斷,避免由于拋撒引信和點(diǎn)火引信作用,通過電纜影響到二次起爆引信作用可靠性,同時(shí)增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì),以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度,提高信號(hào)傳輸可靠性。

繼電器轉(zhuǎn)換時(shí)間約2.7 ms,為使繼電器可靠轉(zhuǎn)換,引信中單片機(jī)接收起爆指令后均延時(shí)20 ms工作,也就是引信裝定時(shí)序增加20 ms的轉(zhuǎn)換時(shí)間,引信系統(tǒng)裝定時(shí)序(時(shí)間間隔)不變。

3.4 優(yōu)化電路板布線設(shè)計(jì)

引信改進(jìn)前所使用的電路板為4層板,頂層和底層為信號(hào)層,中間兩層分別為電源正極線層和地線層;經(jīng)故障復(fù)現(xiàn)驗(yàn)證試驗(yàn),引信在爆炸瞬間有可能將電源正極線層和地線層短接,會(huì)給系統(tǒng)造成不可預(yù)知的影響。

因此將引信線路板改為雙面板設(shè)計(jì),取消電路板中的電源正極線層和地線層,避免在引信爆炸瞬間出現(xiàn)電源正極線層和地線層短接的現(xiàn)象。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)二次起爆引信經(jīng)受一次爆轟干擾引起起爆偏差較大的問題,通過文中的抗干擾方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后,采用隔斷干擾有效性試驗(yàn)、引信系統(tǒng)時(shí)序試驗(yàn)及云爆戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1 隔斷干擾有效性驗(yàn)證試驗(yàn)

在隔斷干擾有效性試驗(yàn)中,在拋撒引信的2個(gè)導(dǎo)爆管輸出端各增加5 g聚黑-14炸藥,通過示波器監(jiān)測(cè)二次起爆引信電路中單片機(jī)的5 V供電端、單片機(jī)復(fù)位接口及起爆信號(hào)輸出是否會(huì)受到干擾。

圖4 供電端、復(fù)位接口及起爆信號(hào)

圖5 正常的起爆波形

試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示,其中紅線為單片機(jī)5 V供電端、綠線為單片機(jī)復(fù)位端、藍(lán)線為起爆信號(hào)輸出。二次起爆引信電路板單片機(jī)5 V供電端、單片機(jī)復(fù)位端及起爆信號(hào)輸出均正常,二次起爆引信起爆正常。試驗(yàn)結(jié)果表明:電路在改進(jìn)之后能夠有效隔離拋撒引信爆炸后產(chǎn)生的干擾信號(hào)。

4.2 引信系統(tǒng)時(shí)序驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證引信電路改進(jìn)后系統(tǒng)時(shí)序的正確性,進(jìn)行了4發(fā)引信時(shí)序驗(yàn)證試驗(yàn)。包括點(diǎn)火引信、一次拋撒引信、二次起爆引信(2發(fā)),并在點(diǎn)火引信和一次拋撒引信的起爆輸出端各增加20 g聚黑-14炸藥,模擬引信工作過程。引信系統(tǒng)作用后,通過高速攝影判斷引信系統(tǒng)作用時(shí)序是否正確。

試驗(yàn)過程及結(jié)果如圖6～圖9高速攝影照片所示。試驗(yàn)結(jié)果表明:改進(jìn)后的引信系統(tǒng)均正常解除保險(xiǎn)、起爆,且起爆時(shí)序正確,起爆精度滿足要求,引信系統(tǒng)采取的改進(jìn)措施有效,爆轟對(duì)引信系統(tǒng)的干擾問題已經(jīng)解決。

4.3 云爆戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)

為了解決云爆戰(zhàn)斗部試驗(yàn)中引信時(shí)序問題,即戰(zhàn)斗部與引信動(dòng)態(tài)匹配問題,進(jìn)行了云爆戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)。靜爆試驗(yàn)中一次拋撒引信起爆的拋撒裝藥為幾十千克的高能炸藥,可以真實(shí)驗(yàn)證改進(jìn)后高精度引信抗干擾情況,試驗(yàn)中通過高速攝影觀察引信工作時(shí)序。

圖6 引信系統(tǒng)起爆前

圖7 點(diǎn)火引信起爆

圖8 拋撒引信起爆

圖9 二次起爆引信起爆

云爆戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)過程如圖10所示,通過高速照片觀察戰(zhàn)斗部點(diǎn)火、拋撒和二次起爆正常,引信系統(tǒng)時(shí)序滿足裝定要求,云爆戰(zhàn)斗部引戰(zhàn)動(dòng)態(tài)匹配。

圖10 云爆戰(zhàn)斗部一次拋撒與二次起爆照片

5 結(jié)論

文中提出了高精度延期引信抗爆轟干擾的方法,該方法采取增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位端抗干擾能力,提高電路穩(wěn)壓可靠性,增加電纜傳輸線切斷功能及優(yōu)化電路板布線設(shè)計(jì)等綜合抗干擾措施,并且通過了隔斷干擾有效性試驗(yàn),引信系統(tǒng)時(shí)序驗(yàn)證試驗(yàn)及云爆戰(zhàn)斗部靜爆試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明二次起爆高精度延期引信時(shí)間準(zhǔn)確,滿足起爆精度要求,抗爆轟干擾方法有效,能夠抑制一次起爆所產(chǎn)生的沖擊、燃料及爆轟產(chǎn)物疊加產(chǎn)生的復(fù)雜場(chǎng)的干擾,提高了高精度二次起爆引信的作用可靠性。

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Anti-interference Technology for Fuze of Twice-detonating FAE Warhead

SHI Changjun,DING Gang,GUO Sha,LI Gongfa,WANG Shiying,SONG Yujiang

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an 710065, China)

In view of twice-detonating fuze delay time occurred in static explosive experiment of FAE, the anti-interference methods including improving voltage stabilizing circuit reliability, increasing cable cutting off function and optimization of circuit board wiring design, etc, were used for improving anti-interference ability of twice-detonating fuze. Through delay time of fuze and static explosive experiment of FAE, the results show that anti-interference method is effective on restraining interference from first-detonating shock, fuel and detonation products, and solves the problem of time deviation. Time delay fuze is accurate, anti-interference methods are effective, these improves reliability of detonating fuze.

FAE warhead; precision twice-detonating fuze; anti-detonation interference

2016-02-22

施長(zhǎng)軍(1978-),男,陜西戶縣人,工程師,研究方向:引戰(zhàn)配合以及戰(zhàn)斗部起爆技術(shù)。

TJ410.33

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