（海軍工程大學(xué)兵器工程學(xué)院 武漢 430033）

1 引言

水雷是一種具有戰(zhàn)略意義的水中兵器，在歷次海戰(zhàn)中發(fā)揮了重要作用，它具有長期潛伏，破壞威力巨大、易布難掃等特點，是未來海戰(zhàn)中不可或缺的水中利器［1～3］。

隨著軍事訓(xùn)練和演練任務(wù)日趨增多，水雷的安全性和可靠性日益受到部隊指戰(zhàn)員的關(guān)注。由于水雷潛伏時間長、破壞威力大的特點，如何提高水雷在訓(xùn)練中的安全性，是水雷戰(zhàn)部隊在進(jìn)行訓(xùn)練方案制定時必須要考慮的問題。

水雷的自毀技術(shù)［4～5］主要通過兩種方式：自沉或自炸，即破環(huán)裝備的關(guān)鍵器件或起爆主裝藥。破壞裝備關(guān)鍵器件是指水雷在接收到自毀沉雷指令后，安裝在雷殼上的沉雷器動作，使殼體出現(xiàn)缺口，水雷進(jìn)水沉入海底。起爆主裝藥則是指水雷在接收到自炸指令后，由起爆裝置引爆主裝藥，使水雷炸毀。無論是自沉還是自炸，水雷的自毀都受到水雷本身功能影響。當(dāng)水雷本身控制出現(xiàn)故障，無法正常上電，不能接收自毀指令或無法正常工作時，水雷的自毀模塊也會隨之無法工作，此時水雷布放區(qū)域存在的安全隱患是極大的。

現(xiàn)根據(jù)我國《引信電子安全與解保裝置設(shè)計準(zhǔn)則》［6］相關(guān)要求，參考美國的《引信安全性設(shè)計準(zhǔn)則》［7］、《安全與解除保險裝置設(shè)計原理》［8］，提出一種在水雷上加裝獨立自毀起爆裝置的設(shè)計方案。

2 自毀裝置總體設(shè)計

直列式引信是集高能起爆技術(shù)與微電子技術(shù)于一體的高新技術(shù)，從根本上改變了引信的隔離設(shè)計思想［9～10］。相對傳統(tǒng)引信，自毀裝置采用直列式引信設(shè)計，有效提高了自毀裝置的安全性。直列式起爆裝置［11］的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 直列式起爆裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)GJB6456-2008相關(guān)規(guī)定及參考了MIL-STD-1316E中相關(guān)準(zhǔn)則以及直列式起爆裝置原理，自毀裝置由傳感器模塊及電子保險邏輯模塊、高壓起爆模塊、沖擊片雷管、聚能傳爆管等組成。如圖2所示。

圖2 安全自毀裝置系統(tǒng)框圖

為了自毀裝置能源獨立，自毀裝置帶有獨立電源組件，為整個裝置提供電力支援。自毀裝置采取“閾值+時間窗+順序”的原則對傳感器接收的環(huán)境激勵進(jìn)行識別，根據(jù)預(yù)設(shè)值，判斷接收到的各種環(huán)境信號是否滿足預(yù)設(shè)條件，然后逐級解除保險。為確保裝置不會意外解除保險，自毀裝置設(shè)定了非常嚴(yán)格的電子保險解保控制邏輯，一旦出現(xiàn)異常，裝置不能解除保險。自毀裝置就會轉(zhuǎn)入預(yù)設(shè)自毀狀態(tài)。高壓起爆電容被充電，起爆電路接收到起爆指令，電路導(dǎo)通工作，高壓起爆電容器通過高壓開關(guān)快速向沖擊片雷管放出數(shù)千安培的大電流，起爆沖擊片雷管，進(jìn)而起爆主裝藥［12］。

3 自毀裝置硬件設(shè)計

本文提出了一種基于直列式引信，STM32L151C8T6為核心控制芯片的水下獨立自毀裝置設(shè)計方案。為了延長自毀裝置的工作周期，控制系統(tǒng)采用STM32，STM32具有帶喚醒功能的低功耗模式，單片機(jī)功耗在1mA以內(nèi)，STM32的低功耗的優(yōu)點有效地解決自毀裝置較長工作周期的功耗問題。自毀裝置包括電源模塊，時鐘電路，控制電路，姿態(tài)傳感器、CPLD（復(fù)雜可編程邏輯芯片）等。裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 裝置結(jié)構(gòu)框圖

圖4為電源電路，電源電路采用穩(wěn)壓源為裝置供電，HT7533屬于高電流低穩(wěn)壓器，輸出電流為100mA，輸出最高電壓不超過24V，3V～5V的多個固定輸出電壓內(nèi)均可使用，確保低壓降和低靜態(tài)電流。而XC6206是一種高精度，低功耗的高壓調(diào)整器芯片，采用CMOS工藝和激光微調(diào)技術(shù)，在輸出電流較大的情況下，也能保證輸入輸出的壓差較小，完全能滿足自毀裝置的使用要求。

圖4 電源電路

圖5為時鐘電路，是保證裝置能夠工作的前提。22M晶振為裝置提供時鐘，同時100K時鐘產(chǎn)生的是正弦波，通過反向器變成100K的方波，為CPLD的充電信號的一個判定條件。

圖5 時鐘電路

圖6為裝置控制電路，P1對外連接起爆電路，為了防止SW誤動作，SW1分別由SW1p和SW1n同時控制，SW2分別由SW2n和SW2p同時控制。當(dāng)SW1p和SW1n同時接收到正確觸發(fā)信號，第一道保險解除，SW1導(dǎo)通，第二道保險解除同理。SW1和SW2導(dǎo)通后，SWD控制起爆電路充電，起爆信號過來的時候起爆電路起爆主裝藥。

圖6 裝置控制電路

4 自毀裝置軟件設(shè)計

圖7 工作流程圖

自毀裝置包含的軟件程序需要單片機(jī)和CPLD芯片進(jìn)行聯(lián)合控制，本文重點對CPLD的邏輯程序進(jìn)行設(shè)計。CPLD的程序設(shè)計主要采用Lattice的ispLEVER軟件，它可采用原理圖、硬件描述語言、混合輸入三種方式，對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真和時序仿真。自毀裝置工作流程如圖7所示。

自毀裝置設(shè)計在仿真的時候，考慮多種意外環(huán)境干擾情況，結(jié)果顯示自毀裝置CPLD邏輯控制模塊可行。

5 結(jié)語

本文提出一種基于直列式引信的自毀裝置設(shè)計方案。經(jīng)過實驗室功能檢驗，自毀裝置可有效解決水雷出現(xiàn)故障，無法正常自毀的問題。硬件和軟件設(shè)計滿足GJB6456-2008K相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。相較我國水雷現(xiàn)有自毀裝置，該自毀裝置能源獨立，安全性更高。