張 岍，谷雨桐

(西安機(jī)電信息技術(shù)研究所,陜西 西安 710065)

殺傷爆破彈采用定高起爆可以大幅提高殺傷效率。破甲、爆炸成型和云爆等戰(zhàn)斗部要求引信距目標(biāo)一定距離作用，才可能發(fā)揮毀傷效果。目前，引信定距主要途徑有無線電近炸引信定距、激光定距和探桿定距。

探桿定距實(shí)質(zhì)為觸發(fā)，炸距由探桿的長度決定，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受電磁和光電環(huán)境干擾影響，也不受惡劣氣候條件影響。探桿有固定探桿和彈出探桿2類：固定探桿裝在彈的前端，長度約為200 mm，其簡單、可靠，但由于探桿暴露在外面，其穩(wěn)定性受彈丸飛行影響；對(duì)于彈出探桿，國內(nèi)以往只能做到彈出長度≤1 m的彈簧桿，用于云爆彈炸高偏低，不滿足使用要求。為此，本文對(duì)彈出探桿加大長徑比的方法進(jìn)行了研究。

1 彈出探桿工作原理和組成

彈出探桿作用原理是將彈簧壓縮到殼體內(nèi)并鎖定，在接到解鎖指令后，在內(nèi)貯能力的作用下自動(dòng)向外彈出，形成彈簧桿。若要增加探桿的長徑比，提高炸高范圍，就要求彈簧桿彎曲變形小，否則無法實(shí)現(xiàn)定距要求；因此，彈出形成一定長度的彈簧桿應(yīng)能承受沖擊載荷，且彎曲變形小、回彈小，這樣才能實(shí)現(xiàn)引信定距起爆[1]。

彈出探桿主要由彈簧桿、敏感裝置、控制機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)線筒和殼體等部分組成(見圖1)。

圖1 彈出探桿組成示意圖

彈簧桿制作是彈出探桿中的關(guān)鍵技術(shù)，其工藝決定著彈簧的剛度及彈出時(shí)間。

彈簧的種類復(fù)雜多樣，要實(shí)現(xiàn)彈出探桿的功能應(yīng)選擇渦卷彈簧。渦卷彈簧分為平面渦卷彈簧和截錐渦卷彈簧：平面渦卷彈簧即為發(fā)條簧，主要應(yīng)用于鐘表、記錄儀器和卷尺等，無法形成桿狀，不滿足探桿要求；截錐渦卷彈簧又名寶塔彈簧，外形呈空間截錐狀，由加工成扁薄的彈簧鋼板熱卷成形，主要應(yīng)用于外形尺寸受限制而又需要吸收巨大沖擊能量的機(jī)械上，其剛度是變化的，在剛接觸負(fù)載時(shí)剛度較低，繼而轉(zhuǎn)強(qiáng)，這一特性正好緩解了物體碰撞瞬間所產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊作用，因而廣泛應(yīng)用于重型機(jī)械上因工作載荷范圍大、振動(dòng)沖擊較強(qiáng)、安裝空間又受限制的減振裝置上[2]。利用截錐渦卷彈簧特性可以形成彈簧桿，完成起爆功能。用有較大長徑比的彈出探桿來實(shí)現(xiàn)定距高度，這一特性在國外武器系統(tǒng)中已經(jīng)應(yīng)用。

2 加大長徑比方法

2.1 彈簧桿的選材

由于彈簧桿是非等節(jié)距、非線性特性的螺旋彈簧，設(shè)計(jì)計(jì)算非常繁瑣，目前沒有較成熟和準(zhǔn)確的計(jì)算方法[3]。要達(dá)到引信彈出探桿的要求應(yīng)有足夠的圈數(shù)與材料寬度，然而隨著圈數(shù)的增加，材料寬度增加的計(jì)算更為復(fù)雜；因此，應(yīng)從彈出探桿的使用設(shè)計(jì)要求，即依據(jù)彈出探桿彈射時(shí)間和彈射長度、引信定距、觸發(fā)的指標(biāo)來確定彈簧桿的技術(shù)參數(shù)(如抗力、剛度等)。

依據(jù)截錐渦卷彈簧一般材料要求和引信產(chǎn)品要求，確定材料牌號(hào)、狀態(tài)。通過對(duì)國內(nèi)不銹鋼彈簧鋼帶材料進(jìn)行研究分析，確定彈簧桿選用硬度值470 ～ 490 HV的不銹鋼彈簧鋼帶。根據(jù)引信要求指標(biāo)，確定彈出探桿彈射長度為1.8 m，壓縮后直徑<34 mm，彈射時(shí)間≤250 ms。

2.2 彈簧桿的繞制及熱處理

彈簧桿繞制成型、熱處理是彈簧桿加工的關(guān)鍵工藝。由于長度1.8 m 以上的彈簧桿繞制過程中鋼帶經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)褶皺、邊緣撕裂等現(xiàn)象，因此應(yīng)采用熱成型制造工藝。對(duì)截錐渦卷彈簧繞制成型的機(jī)理、方法進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，繞制速度、進(jìn)料速度以及進(jìn)料方向變化等工藝參數(shù)影響著彈簧桿的制作尺寸及繞制的表面質(zhì)量，因此，應(yīng)采用通用設(shè)備+專用工裝來實(shí)現(xiàn)較長彈簧桿的繞制成型。

彈簧桿繞制成型后應(yīng)進(jìn)行熱處理，使彈簧桿幾何尺寸穩(wěn)定，并消除內(nèi)應(yīng)力。為了提高彈簧桿的彈射速度，即減少彈簧圈與圈之間的摩擦，在熱處理加熱時(shí)應(yīng)保證彈簧桿表面無氧化與脫碳，因此應(yīng)在鹽浴熱處理爐或真空熱處理加熱爐中進(jìn)行加熱。

3 彈簧桿性能評(píng)價(jià)

截錐渦卷彈簧用作長徑比較大的彈出探桿(軸向接近2 m)，其剛度及作用時(shí)的抗力是否滿足定距起爆要求是實(shí)現(xiàn)探桿功能的關(guān)鍵；因此，提出用撓度比與抗力比來評(píng)價(jià)彈簧桿的性能，即通過對(duì)彈簧桿的撓度比與抗力比進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證來判斷彈簧桿性能。

撓度比是指彈簧桿在1 kg重力作用下，彈簧桿向下彎曲的距離與被測彈簧桿兩支點(diǎn)之間距離的比值，用λn表示。該比值反映了彈簧桿剛度，λn越小，彈簧桿彎曲越小，抗沖擊能力越強(qiáng)?？沽Ρ仁侵笍椈蓷U分別在靜載荷或動(dòng)載荷作用下壓縮量與原長度的比值，分別用λj和λd來表示。該值體現(xiàn)了彈簧桿承受抗力的能力，λj或λd值越小，可承受的抗力越強(qiáng)。

3.1 撓度試驗(yàn)

對(duì)繞制成型的彈簧桿(長1 825～1 835 mm，大端φ32.8 mm，小端φ22 mm)進(jìn)行撓度試驗(yàn)，在1 kg重力作用下，當(dāng)兩支點(diǎn)之間距離為1 600 mm時(shí)，測量其彎曲量。試驗(yàn)方法如圖2所示，試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果見表1。

圖2 撓度試驗(yàn)裝置

件號(hào)彈簧桿繞制長度/mm試驗(yàn)前距基準(zhǔn)之間距離/mm加載后測量距離/mm撓度比/λn11825413410.50.0015621832413410.00.0018731835413411.00.00125

3.2 抗力試驗(yàn)

3.2.1 靜載荷檢測

在彈簧桿上端加載30 kg力，試驗(yàn)裝置如圖3所示。試驗(yàn)后,測量彈簧桿長度壓縮量，計(jì)算出λj，結(jié)果見表2。

圖3 靜載荷試驗(yàn)裝置

件號(hào)試驗(yàn)前長度/mm加載30kg力測量長度/mm壓縮長度/mm抗力比/λj118251802230.0126218321808240.0131318351825200.0101

3.2.2 動(dòng)載荷檢測

直立彈簧桿，在其上端安裝直徑為7 mm的導(dǎo)向桿；采用1 kg重帶孔砝碼沿導(dǎo)向桿從0.5 m高自由下落撞擊彈簧桿，試驗(yàn)裝置如圖4所示。試驗(yàn)后，測量彈簧桿長度壓縮量，計(jì)算出λd，結(jié)果見表3。

圖4 動(dòng)載荷試驗(yàn)裝置

件號(hào)試驗(yàn)前長度/mm1kg沖擊力撞擊后長度/mm壓縮長度/mm抗力比/λd118251795300.0167218321798340.0189318351806290.0158

經(jīng)過試驗(yàn)表明，用撓度比與抗力比評(píng)定彈簧桿是一種可行的方法。由于樣品數(shù)量有限，與引信配合的試驗(yàn)沒有進(jìn)行，沒有取得定距起爆的效果數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為：在撓度比(在1 kg重力作用下)≤0.002，靜載荷(在30 kg靜力作用下)彈簧桿抗力比≤0.015，動(dòng)載荷(1 kg砝碼從高500 mm自由下落撞擊彈簧桿)抗力比≤0.02的條件下，可以實(shí)現(xiàn)彈出探桿的作用功能。

4 結(jié)語

本文提出了定距起爆引信彈出探桿截錐渦卷彈簧加大長徑比方法，包括彈簧桿的選材、繞制和熱處理等關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)采用撓度比與抗力比來評(píng)價(jià)彈簧桿的性能。制作出直徑<34 mm、長度為2 m的彈簧桿，彈出探桿彈出后可達(dá)到1.8 m，長徑比可以提高80%。試驗(yàn)表明，在1 kg重力作用下，撓度比≤0.002，在30 kg靜力作用下彈簧桿靜載荷抗力比≤0.015，1 kg砝碼從高500 mm自由下落撞擊彈簧桿的動(dòng)載荷抗力比≤0.02，可以實(shí)現(xiàn)彈出探桿的作用功能，滿足云爆彈等引信的定距起爆需求，為引信提供了一種體積小、可伸縮、較為經(jīng)濟(jì)的彈出探桿。雖然以撓度比與抗力比間接描述彈出探桿的相對(duì)變量可以保證定距要求，但是尚未進(jìn)行動(dòng)態(tài)定距起爆試驗(yàn)，希望今后有合適平臺(tái)得到應(yīng)用。

[1] 李守義，張岍.控制彈丸炸高的引信用彈性伸縮探桿：中國，200610119640.X[P].2010-12-15.

[2] 陶隆棋.非接觸平面渦卷與截錐螺旋彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].秦皇島：燕山大學(xué),2012.

[3] 顏純.截錐渦卷彈簧的實(shí)用設(shè)計(jì)計(jì)算[J].機(jī)械設(shè)計(jì),1990(4):13-16.