鄧康

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方法研究*

鄧康

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

從組成導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火電路、安全保險(xiǎn)裝置、點(diǎn)火裝置等各個(gè)環(huán)節(jié)，全面系統(tǒng)地介紹了安全性設(shè)計(jì)原則、內(nèi)容以及采取的具體措施，為導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)工作提供了參考，提出安全性設(shè)計(jì)要從導(dǎo)彈系統(tǒng)角度進(jìn)行全面規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以提高導(dǎo)彈在未來(lái)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件下的安全性。

導(dǎo)彈；點(diǎn)火系統(tǒng)；安全性；安全性設(shè)計(jì)；點(diǎn)火電路；系統(tǒng)規(guī)劃

0 引言

導(dǎo)彈的點(diǎn)火系統(tǒng)，在實(shí)際使用中，因各種原因曾出現(xiàn)過(guò)不少安全性事故。1967 年7月，美航空母艦FORRESTAL號(hào)在北越海域游弋，在A-4和F-4戰(zhàn)機(jī)準(zhǔn)備起飛時(shí)，1部雷達(dá)照射到飛行甲板上，使1枚掛載在飛機(jī)上的導(dǎo)彈意外點(diǎn)火，造成重大人員傷亡和損失；1984年，亞洲某炮兵陣地上的3發(fā)火箭彈，因附近雷電作用被點(diǎn)火發(fā)射；1993年，瑞典航天公司在埃斯蘭格發(fā)射場(chǎng)的1枚探空火箭，因用錯(cuò)測(cè)試儀表對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電路進(jìn)行檢查，使發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，造成重大人員傷亡；2005年，某單位在檢測(cè)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火電阻時(shí)，因操作失誤，使點(diǎn)火裝置意外發(fā)火，燒傷3名現(xiàn)場(chǎng)操作人員。

隨著導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，未來(lái)使用環(huán)境也將不斷惡化，西方國(guó)家(如美國(guó))已高度重視火箭和導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性，相繼頒布了相關(guān)的軍用標(biāo)準(zhǔn)以保證點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性[1]，并實(shí)施相關(guān)計(jì)劃研究以提高點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性，如美國(guó)HERO計(jì)劃。

安全性設(shè)計(jì)就是要在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中采取措施保證導(dǎo)彈在使用全過(guò)程中的安全，不得造成人員、設(shè)備的傷亡和損失[2]。為了滿足上述要求，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循一定的準(zhǔn)則，以保證設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)滿足武器系統(tǒng)各階段的安全性要求。文中將結(jié)合某型反導(dǎo)導(dǎo)彈的安全性要求對(duì)導(dǎo)彈全壽命周期各階段的安全性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析研究。

導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)一般采用電啟動(dòng)方式，由點(diǎn)火電路(包括點(diǎn)火電源、點(diǎn)火控制電路、檢測(cè)電路、能量傳送電路)、安全保險(xiǎn)裝置(包括電氣隔離裝置、物理隔離裝置、防靜電防射頻電路等)、點(diǎn)火裝置(包括起爆器、傳火序列、點(diǎn)火藥等)組成，某些安全保險(xiǎn)裝置也可內(nèi)置于點(diǎn)火裝置中。

1 設(shè)計(jì)原則

安全性失效均是直接發(fā)生在點(diǎn)火系統(tǒng)的某個(gè)部分，因此，應(yīng)根據(jù)點(diǎn)火系統(tǒng)各個(gè)組成部分的特性和受影響的機(jī)理來(lái)進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)。根據(jù)影響因素的不同，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：

(1) 點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要采取安全冗余和防差錯(cuò)措施[3]。必須串聯(lián)多個(gè)環(huán)節(jié)方可實(shí)施彈上火工品點(diǎn)火，點(diǎn)火電路中，至少應(yīng)設(shè)置2種獨(dú)立的電氣隔離裝置且受不同的指令控制；

(2) 彈上火工品優(yōu)先選用1 A 1 W/5 min不發(fā)火的鈍感點(diǎn)火裝置，若點(diǎn)火裝置所用藥劑不滿足安全性規(guī)定時(shí)，應(yīng)設(shè)置有隔斷傳火通道的隔離機(jī)構(gòu)；如條件允許，應(yīng)采用高度安全的直列式點(diǎn)火裝置，如激光點(diǎn)火裝置、沖擊片點(diǎn)火裝置；

(3) 應(yīng)有保證處于安全狀態(tài)的措施，以確保在貯存、運(yùn)輸、維護(hù)、檢測(cè)時(shí)的安全；

(4) 點(diǎn)火電路的電磁兼容性設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足國(guó)軍標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)型號(hào)電磁兼容性相關(guān)規(guī)定，即在規(guī)定的電磁環(huán)境作用下不產(chǎn)生意外解除保險(xiǎn)或點(diǎn)火，以及不產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定的感應(yīng)能量(應(yīng)不超過(guò)安全電流的15%)。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 點(diǎn)火電源安全性設(shè)計(jì)

為避免相互干擾，彈上點(diǎn)火電源應(yīng)使用獨(dú)立的電源，與彈上其他電源分開(kāi)并且地線相互隔離；彈上點(diǎn)火電源應(yīng)使用一次貯備電池，使用前方可激活輸出點(diǎn)火能源。導(dǎo)彈多選用熱電池，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，體積小，質(zhì)量小，且在全壽命周期免維護(hù)。

2.2 點(diǎn)火裝置安全性設(shè)計(jì)

2.2.1 起爆器安全性設(shè)計(jì)

應(yīng)優(yōu)先選用高安全的起爆器，如采用1 A 1 W/5 min不發(fā)火的鈍感點(diǎn)火裝置[4]。

對(duì)于某些電磁環(huán)境惡劣的特殊應(yīng)用環(huán)境，在滿足1 A 1 W/5 min鈍感要求的前提下，應(yīng)進(jìn)一步提高起爆器防靜電、防射頻的能力。如在起爆器每個(gè)橋路與殼體間加裝靜電泄放裝置(如10 Ω～5 000 kΩ 的電阻，靜電泄放片)、低通濾波器(如L型、П型濾波器、鐵氧體材料等)。

2.2.2 安全藥劑選用

一般可采用黑火藥、鎂粉/聚四氟乙烯點(diǎn)火藥、硼/硝酸鉀點(diǎn)火藥、固體推進(jìn)劑等[5]。如果所用藥劑安全性不滿足相關(guān)規(guī)定，則在此敏感藥劑后要加裝隔離裝置以防其意外點(diǎn)火后將能量傳達(dá)下一級(jí)，從而確保導(dǎo)彈的安全。

2.2.3 增加隔離裝置

目前在大多數(shù)導(dǎo)彈點(diǎn)火裝置中均采用滿足1 A1 W鈍感要求的起爆器。這種鈍感起爆器能夠滿足基本的安全要求，在復(fù)雜電磁環(huán)境中達(dá)不到絕對(duì)安全。因此，對(duì)于像發(fā)動(dòng)機(jī)起爆器這類有最嚴(yán)格要求的點(diǎn)火裝置，如有必要，需要在這種起爆器后加裝隔離裝置，隔離裝置在處于安全狀態(tài)時(shí)能隔斷起爆器起爆后的傳火通道從而保證安全[6]。隔離裝置可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)90°的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)傳火通道的隔斷或?qū)?zhǔn)，也可通過(guò)插入/拔出的方式來(lái)使傳火通道處于阻塞或?qū)顟B(tài)。通過(guò)這種物理隔斷，當(dāng)起爆器意外點(diǎn)火時(shí)，不會(huì)將后續(xù)的點(diǎn)火藥或發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)燃，從而確保了安全。實(shí)現(xiàn)隔離裝置從安全到工作狀態(tài)或從工作到安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方式可以采用手動(dòng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)或機(jī)電驅(qū)動(dòng)。當(dāng)處于安全狀態(tài)時(shí)，點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火輸入線要與點(diǎn)火電源輸出線斷開(kāi)，同時(shí)要短路后與殼體連接；處于工作狀態(tài)時(shí)，則斷開(kāi)點(diǎn)火輸入線的短路，并與點(diǎn)火電源輸出線接通。

美國(guó)AIM-120空空導(dǎo)彈采用機(jī)電驅(qū)動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)安全隔離(見(jiàn)圖1)。

2.3 點(diǎn)火電路的安全性設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)的安全性貫穿于導(dǎo)彈全壽命周期的整個(gè)過(guò)程中[7]，不同階段安全性有不同的要求和表現(xiàn)，作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)采取措施，確保整個(gè)導(dǎo)彈系統(tǒng)的安全。

2.3.1 發(fā)射階段的安全性設(shè)計(jì)

為提高發(fā)射階段的安全性，所有彈上火工品及發(fā)射筒的火工品點(diǎn)火能源均應(yīng)由彈上點(diǎn)火電池提供；點(diǎn)火電池的激活時(shí)點(diǎn)必須嚴(yán)格控制在發(fā)射前，相對(duì)地面提供點(diǎn)火電源，可以大大降低誤點(diǎn)火的可能性；如采用冷彈射方式，在發(fā)射筒燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火前必須確認(rèn)導(dǎo)彈鎖定措施已完全解除。若彈射后發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火，必須采取措施保證導(dǎo)彈落地沖擊不會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。

某型導(dǎo)彈采用垂直冷彈射的發(fā)射方式，其發(fā)射具體過(guò)程為導(dǎo)彈縱向解鎖后，點(diǎn)爆發(fā)射筒燃?xì)獍l(fā)生器，產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)導(dǎo)彈彈射出筒，導(dǎo)彈出筒到達(dá)一定的安全高度后，點(diǎn)燃固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，繼續(xù)飛行。

發(fā)射筒中火工品包括縱向解鎖和燃?xì)獍l(fā)射器點(diǎn)火器。設(shè)計(jì)由彈上點(diǎn)火電池提供點(diǎn)火能源，點(diǎn)火電池在導(dǎo)彈發(fā)射前數(shù)秒方被發(fā)控系統(tǒng)激活。隨后，發(fā)控系統(tǒng)控制導(dǎo)彈進(jìn)行縱向解鎖，確認(rèn)解鎖到位后，進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火器點(diǎn)火，筒內(nèi)產(chǎn)生大量高溫高壓燃?xì)?，推?dòng)導(dǎo)彈彈出發(fā)射筒。

導(dǎo)彈開(kāi)始縱向運(yùn)動(dòng)后，彈尾的脫落插座與發(fā)射筒中的脫落插頭分離，導(dǎo)彈敏感到脫落電連接器脫落，用此脫落信號(hào)作為彈上點(diǎn)火時(shí)序的初始條件。

導(dǎo)彈彈出發(fā)射筒的過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)載，當(dāng)導(dǎo)彈軸向過(guò)載達(dá)到規(guī)定值時(shí)，導(dǎo)彈內(nèi)部過(guò)載開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，點(diǎn)火電源輸出至點(diǎn)火控制繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)前端。滿足規(guī)定的延時(shí)條件后，點(diǎn)火控制繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，全部點(diǎn)火通路全部貫通，點(diǎn)火能源送至固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。

如導(dǎo)彈彈射故障使過(guò)載未達(dá)到規(guī)定的過(guò)載值，則過(guò)載開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)不閉合，導(dǎo)彈彈射出筒至跌落地面前，導(dǎo)彈不會(huì)實(shí)施點(diǎn)火。當(dāng)導(dǎo)彈跌落時(shí)，如受到的沖擊達(dá)到過(guò)載繼電器的閉合條件，則導(dǎo)彈會(huì)按照彈上點(diǎn)火時(shí)序進(jìn)行點(diǎn)火，極有可能造成地(艦)面設(shè)備損壞甚至人員傷亡，因此，必須采取措施保證人員和設(shè)備的安全。導(dǎo)彈脫落后t1時(shí)刻要進(jìn)行彈上火工品點(diǎn)火，因此，必須在小于t1時(shí)間內(nèi)對(duì)過(guò)載繼電器的狀態(tài)進(jìn)行查詢判定，通過(guò)點(diǎn)火控制軟件判定，若過(guò)載出現(xiàn)時(shí)刻大于t1-Δt，認(rèn)為出現(xiàn)彈射故障，不進(jìn)行任何點(diǎn)火動(dòng)作，保證地(艦)面設(shè)備和人員安全。

綜上所述，發(fā)射階段的點(diǎn)火條件包括：

(1) 點(diǎn)火電池被激活；

(2) 縱向解鎖到位；

(3) 發(fā)射筒主燃?xì)獍l(fā)生器點(diǎn)火指令；

(4) 脫落信號(hào)產(chǎn)生；

(5) 過(guò)載開(kāi)關(guān)動(dòng)作；

(6) 延時(shí)點(diǎn)火條件滿足。

2.3.2 飛行階段的安全性設(shè)計(jì)

為提高導(dǎo)彈彈上火工品點(diǎn)火安全性，必須設(shè)置多個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)方能實(shí)施導(dǎo)彈彈上火工品的點(diǎn)火[8]。只要是能將點(diǎn)火能量輸送到點(diǎn)火裝置的環(huán)節(jié)，都必須采取安全措施，且進(jìn)行冗余或防差錯(cuò)設(shè)計(jì)，提高點(diǎn)火系統(tǒng)的工作可靠性，保證導(dǎo)彈系統(tǒng)的安全。

在進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)火前，點(diǎn)火電源與點(diǎn)火裝置間至少應(yīng)用2個(gè)獨(dú)立的隔離裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這些裝置包括電磁繼電器、固態(tài)開(kāi)關(guān)(無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān))。獨(dú)立的隔離裝置是指受不同指令的控制，只有當(dāng)這些控制都有效時(shí)才能保證電氣接通。

圖2 導(dǎo)彈級(jí)間分離裝置點(diǎn)火電路圖Fig.2 Ignition circuit of missile stage separation

圖2為某型導(dǎo)彈級(jí)間分離裝置點(diǎn)火電路圖，從點(diǎn)火電源至級(jí)間分離裝置點(diǎn)火器之間設(shè)置了2處隔離環(huán)節(jié)：①過(guò)載繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)；②固體繼電器的觸點(diǎn)。當(dāng)導(dǎo)彈軸向過(guò)載達(dá)到規(guī)定值時(shí)，過(guò)載繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合；當(dāng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)接收到彈上計(jì)算機(jī)發(fā)出的分離點(diǎn)火控制指令后，控制固態(tài)繼電器觸點(diǎn)閉合，上述2個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，點(diǎn)火通路才能連通。

2.3.3 測(cè)試、維護(hù)、運(yùn)輸、貯存階段

導(dǎo)彈在研制階段及裝備部隊(duì)后，要經(jīng)過(guò)各種各樣的自然環(huán)境和人為環(huán)境，為進(jìn)一步防止安全事故的發(fā)生，在完成了上述安全設(shè)計(jì)后，還應(yīng)安裝強(qiáng)制性的安全保護(hù)裝置，如短路保護(hù)裝置，以確保導(dǎo)彈在測(cè)試、維護(hù)、運(yùn)輸、貯存中的安全，只有導(dǎo)彈進(jìn)行綜合測(cè)試或裝填至發(fā)射車進(jìn)入發(fā)射準(zhǔn)備狀態(tài)后，才能去掉這些保護(hù)裝置。這些保護(hù)裝置均應(yīng)作為導(dǎo)彈產(chǎn)品的附屬件，安裝于導(dǎo)彈彈體或筒彈外側(cè)。短路保護(hù)裝置基本的形式是在火工品點(diǎn)爆或激活正負(fù)之間短接。

以某型導(dǎo)彈為例，其在導(dǎo)彈測(cè)試、運(yùn)輸、貯存時(shí)采取保護(hù)措施如下。

(1) 設(shè)計(jì)專用火工品短路保護(hù)插頭，確保導(dǎo)彈在非測(cè)試狀態(tài)下所有火工品處于短路保護(hù)狀態(tài)；

(2) 在進(jìn)行火工品電阻測(cè)試時(shí)，使用專用的彈上火工品測(cè)試儀，保證測(cè)試電流小于10 mA；

(3) 綜合測(cè)試系統(tǒng)不提供彈上點(diǎn)火電源，且在測(cè)試電纜中不連接點(diǎn)火電源信號(hào)線，因此，在導(dǎo)彈進(jìn)行各加電測(cè)試項(xiàng)目時(shí)，彈上沒(méi)有可用的點(diǎn)火能源，避免了誤點(diǎn)爆；

(4) 采用專用過(guò)載開(kāi)關(guān)，若運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)沖擊引起的大過(guò)載，因?qū)椩谶\(yùn)輸過(guò)程中不加電，過(guò)載開(kāi)過(guò)無(wú)法保持動(dòng)作，點(diǎn)火通路無(wú)法接通，且運(yùn)輸過(guò)程中作為點(diǎn)火能源的點(diǎn)火電池沒(méi)有激活，因此沒(méi)有彈上火工品誤點(diǎn)爆的風(fēng)險(xiǎn)，提高了導(dǎo)彈的安全性。

某專用過(guò)載開(kāi)關(guān)工作原理圖如圖3所示。

圖3 過(guò)載繼電器工作原理圖Fig.3 Operational principle of overload relay

2.4 點(diǎn)火電路的可靠性設(shè)計(jì)

對(duì)于采用垂直冷彈射發(fā)射方式的導(dǎo)彈而言，提高導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的可靠性，避免導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)因不點(diǎn)火造成導(dǎo)彈落下砸壞地面設(shè)備，引起彈上有毒液體推進(jìn)劑泄露，造成人員傷害，就是提高導(dǎo)彈系統(tǒng)的安全性。

為實(shí)現(xiàn)彈上火工品的可靠點(diǎn)爆，選用高可靠元器件，成熟電路，同時(shí)，采用冗余備份等設(shè)計(jì)原則，提高產(chǎn)品的任務(wù)可靠性，具體如下：

選用質(zhì)量等級(jí)更高的元器件，采用成熟技術(shù)和經(jīng)過(guò)考核的產(chǎn)品，使用高集成度電路、已定型的或經(jīng)驗(yàn)證符合要求的標(biāo)準(zhǔn)部件、成熟電路；

充分開(kāi)展降額設(shè)計(jì)、防熱設(shè)計(jì)和防機(jī)械應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計(jì)，降低器件、導(dǎo)線的工作應(yīng)力水平以及彈上點(diǎn)火控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)；

設(shè)置2路獨(dú)立的信號(hào)作為點(diǎn)火控制的輸入條件，以提高點(diǎn)火系統(tǒng)的可靠性，保證彈上火工品能夠正常點(diǎn)爆；

所有彈上火工品的點(diǎn)火通路均為雙點(diǎn)雙線，當(dāng)出現(xiàn)單點(diǎn)焊/壓接問(wèn)題或?qū)Ь€斷路時(shí)，仍能夠保證點(diǎn)火功能實(shí)現(xiàn)；

所有點(diǎn)火控制電路均采用冗余設(shè)計(jì)，點(diǎn)火控制軟件加入軟件濾波和錯(cuò)誤陷阱，以提高點(diǎn)火系統(tǒng)的可靠性。

2.5 點(diǎn)火電路的電磁兼容性設(shè)計(jì)

電磁環(huán)境對(duì)點(diǎn)火電路的影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通過(guò)傳導(dǎo)或輻射將電磁干擾引入點(diǎn)火電路，使點(diǎn)火電路誤動(dòng)作；通過(guò)輻射在點(diǎn)火導(dǎo)線上產(chǎn)生足夠的感應(yīng)能量使點(diǎn)火裝置誤發(fā)火；通過(guò)點(diǎn)火導(dǎo)線直接將能量傳給點(diǎn)火裝置(如直接雷電、靜電積聚)。因此，在對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)所面臨的電磁環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)采取相應(yīng)的措施來(lái)抑制這些影響因素給點(diǎn)火系統(tǒng)帶來(lái)安全性危害。這些措施包括屏蔽、濾波、接地、隔離等[9]。

2.5.1 屏蔽

屏蔽措施對(duì)電磁輻射、靜電干擾、電容性耦合干擾、電感性耦合干擾均有明顯的抑制作用。由于屏蔽體的存在，外來(lái)的輻射干擾甚至是直接作用能量將通過(guò)屏蔽層加以衰減或泄放，保證內(nèi)部點(diǎn)火電路免受干擾而產(chǎn)生誤發(fā)火。屏蔽效果應(yīng)保證在30 kHz以上衰減40 dB[10]。

屏蔽時(shí)，首先應(yīng)將點(diǎn)火電路中的輻射源進(jìn)行屏蔽，如二次開(kāi)關(guān)電源、放電電容、繼電器等，防止對(duì)點(diǎn)火電路中的其他器件或電路產(chǎn)生影響；再將點(diǎn)火系統(tǒng)的控制設(shè)備和信號(hào)傳輸通路進(jìn)行屏蔽，免受外來(lái)輻射或耦合干擾。影響屏蔽效果的因素為：屏蔽體上存在導(dǎo)電不連續(xù)性，如孔洞、縫隙等；穿過(guò)屏蔽體的導(dǎo)線。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，屏蔽體上的空隙或孔洞的最大尺寸至少不能大于需要屏蔽電磁波波長(zhǎng)的1/20[11]，否則應(yīng)加導(dǎo)電屏蔽墊，用于屏蔽的導(dǎo)體間的搭接電阻不能大于2.5 mΩ；輸入輸出線纜采用屏蔽線，屏蔽層要保持連續(xù)，一直到控制艙輸出端口和點(diǎn)火裝置輸入端口，線纜屏蔽層的光學(xué)覆蓋率不應(yīng)低于85%，如果有較高頻(1 GHz以上)的干擾，應(yīng)對(duì)電纜采取多層屏蔽或纏繞屏蔽帶。信號(hào)連接采用屏蔽電連接器。屏蔽層不能用作載流導(dǎo)體，控制信號(hào)線和點(diǎn)火導(dǎo)線應(yīng)采用屏蔽雙絞線。

2.5.2 濾波

抑制干擾的濾波器有反射式濾波器和吸收式濾波器等。

反射式濾波器通常指由電感、電容等元件組成的低通濾波器[12]，旁路電容濾波器就是一種典型的低通濾波器。吸收式濾波器是由有耗器件構(gòu)成，在阻帶內(nèi)，將電磁干擾的能量吸收后轉(zhuǎn)化為熱損耗而起到濾波作用。鐵氧體材料就是一種廣泛應(yīng)用的有耗器件，可用來(lái)構(gòu)成低通濾波器。一般套在元器件引腳或?qū)Ь€上，也可填充在點(diǎn)火裝置引線的周圍絕緣層中。

對(duì)于與外部電路連接的點(diǎn)火電路輸入信號(hào)應(yīng)加裝低通濾波器[13]，特別是對(duì)于穿過(guò)屏蔽體的信號(hào)線。在低速控制信號(hào)輸入端可采用帶濾波功能電連接器，電源線入口處或點(diǎn)火電路中電源輸出端安裝電源濾波器。為防止點(diǎn)火回路中有超過(guò)危險(xiǎn)水平的感應(yīng)能量，對(duì)于無(wú)法完全屏蔽的點(diǎn)火裝置，由于點(diǎn)火導(dǎo)線具有天線效應(yīng)，能將輻射能量引入點(diǎn)火回路中，因此，應(yīng)在每根點(diǎn)火導(dǎo)線輸入端對(duì)公共地間加裝低通濾波器。濾波器的安裝不能破壞各部分的屏蔽效能。

用于點(diǎn)火回路的濾波器，其截止頻率應(yīng)不低于20 kHz，工作頻率至少不低于1 GHz，選用的電感、電容應(yīng)能在最高頻率下正常工作，一體化設(shè)計(jì)的濾波器有利于提高最高工作頻率。額定工作電流應(yīng)不低于點(diǎn)火回路安全電流，同時(shí)應(yīng)能承受最大點(diǎn)火電流的沖擊而不損壞，工作電壓應(yīng)不低于點(diǎn)火電壓的1.5倍。用于點(diǎn)火回路的濾波器可以集成在點(diǎn)火裝置中。

圖4為典型的點(diǎn)火低通濾波器電路。

圖4 點(diǎn)火低通濾波器等效電路圖Fig.4 Equivalent circuit diagram of ignition lowpass filter

對(duì)于需要機(jī)械分離信號(hào)作為控制信號(hào)輸入的電路，應(yīng)對(duì)地接入濾波電容，濾除由于機(jī)械分離過(guò)程中產(chǎn)生的抖動(dòng)信號(hào)，避免系統(tǒng)誤判。

2.5.3 接地

屏蔽和濾波效果的好壞與接地效果有直接關(guān)系。導(dǎo)彈一般將彈體結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)地。直接接地電阻不大于1 Ω，且接地線路盡可能短粗[14]。

對(duì)于點(diǎn)火電路及相關(guān)電路，盡量不要與彈體地或其他電路直接共地。不能將彈體地作為點(diǎn)火電源的回路。

對(duì)于點(diǎn)火電路的雙絞屏蔽線的屏蔽層采用單端接地，接地阻抗盡可能小，這樣對(duì)電屏蔽、磁屏蔽、抑制地回路干擾均有作用，另外，電纜盡可能靠近彈體走線以減少與地間的耦合面積。

對(duì)點(diǎn)火電路中采用的濾波器，其外殼一定要與屏蔽體(已接地) 或彈體地良好搭接，其搭接電阻不大于2.5 mΩ。

2.5.4 隔離

隔離就是將可能相互影響的電路進(jìn)行位置分離或電氣隔離。在電路設(shè)計(jì)時(shí)按不同功能、不同頻率、不同電壓的電路進(jìn)行分類隔離，防止相互間的影響。點(diǎn)火電路中的電源電路(含點(diǎn)火導(dǎo)線)、信號(hào)電路、控制電路要在位置上盡可能分離開(kāi)，同時(shí)點(diǎn)火電路與彈上其他電路除在位置上分離開(kāi)，最好在電氣上也實(shí)現(xiàn)隔離，其隔離程度不小于50 dB。

電氣隔離可以通過(guò)隔離變壓器、光電耦合器來(lái)傳輸信號(hào)[15]。用于點(diǎn)火電路的線纜必須與其他電路電纜隔離，即實(shí)現(xiàn)分類捆扎和屏蔽隔離。

點(diǎn)火系統(tǒng)各部分的安全性設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性，并不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，最終達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)彈點(diǎn)火系統(tǒng)直接關(guān)系到武器系統(tǒng)的安全，在越來(lái)越嚴(yán)酷的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中如何保證導(dǎo)彈的安全將是我們面臨的重要課題。由于點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作可靠性要求高，任何一個(gè)環(huán)節(jié)存在安全漏洞，都將影響導(dǎo)彈、武器系統(tǒng)的安全，所以應(yīng)從型號(hào)研制初期開(kāi)始，從頂層和系統(tǒng)的高度對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行安全性規(guī)劃和設(shè)計(jì)，嚴(yán)格執(zhí)行各有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，精心設(shè)計(jì)，并不斷改進(jìn)，最終滿足安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，從而確保導(dǎo)彈在使用環(huán)境中的安全。

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Safety Design Method of Missile Ignition System

DENG Kang

(Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China)

The safety design principle, content and measure in details for the missile ignition system which is composed of firing circuit, safety device, ignition device is introduced, and the reference for the safety design of missile ignition system is provided. In order to improve the missile safety for the complicated battlefield in future, the safety design of the missile system must be further planed and developed.

missile；ignition system；safety;safety design;ignition circuit;system planed

2016-06-30；

2016-11-18

有

鄧康(1972-)，男，北京人。高工，學(xué)士，研究方向?yàn)閺椛想姎庀到y(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)。

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.004

TJ761.1+3

A

1009-086X(2017)-03-0022-06

通信地址：100854 北京市142信箱30分箱