引信安全的保险技术研讨论文

弹丸对比情况从弹丸诸元看, B弹比A弹重2.5 kg,全弹要长20.8 mm,质心往前7 mm,直线过载、炮口转速等略大;从弹道特性看, B弹飞行时间长,弹道高,落速大.经对瞎火引信进行回收检查,发现隔离机构中回转体均未转动到位,使引信处于隔爆状态,说明与回转体相关联的零部件存在可靠性或强度问题,并且处于某种极限状态.当配用于弹道条件稍好的A弹上时就可以正常作用;而在条件稍为恶劣时有时就会发生不正常现象.引信对比情况155 mm B弹曾配用的MM-A引信和现配用的MM-B引信都采用双环境力解除保险安全系统, MM-A引信的离心保险采用钟表延期解除保险机构,而在MM-B引信采用的是准流体延期解除保险机构,该两种保险机构在其它引信中已得到充分验证;而MM-A引信和MM-B引信采用的惯性保险机构结构相同,为低阈值可逆式后座保险机构.因此,从两种引信配用于B弹都有瞎火现象分析,惯性保险机构有可能存在可靠性问题[3]弹丸章动对引信的影响弹丸章动过大是影响引信正常作用的一个重要因素[4].经对B弹章动角的测定, 6发平均最大章动角为5.8°,最大值为14°,章动角最大峰值距炮口平均为32.6 m,弹道波长平均为136 m,章动周期为0.075 6 s. MM-B引信的惯性保险机构为低阈值可逆式后座保险机构,其勤务处理过程就是惯性保险机构中的惯性销在惯性销簧的作用下,可恢复对回转体的限制,使引信处于安全状态.发射时,在外环境力的作用下,惯性销处于解除保险状态,直到离心保险解除(保险距离为距炮口60 m,可靠解除保险距离不大于150 m),回转体转正,引信处于待发状态;若章动过大,惯性销受章动力影响而在离心保险尚未解除时(由于直到微径玻璃珠完全从活塞缸泄流孔流出后,活塞杆才解除对回转体部件的限制,而弹丸飞行距离距炮口小于60 m时[5],活塞杆尚未解除对回转体部件的限制)恢复对回转体的限制,引信重新处于隔爆状态,造成引信瞎火. 已知后坐销质量m=1.7 g,惯性销簧抗力R′=0.24 N/mm,摩擦系数f=0.3,弹簧自由高度h=10.67 mm,r=12.6 mm,全装药条件下弹丸角加速度ω=1 823 r/s.通过计算可知,取5～13 ms的过载值K,惯性销受到的前冲(章动)力F1=Km=3 548×9.8×1.7×10-3=59.1 N,远远大于惯性销簧抗力值2.56 N,因此惯性销簧的抗力值可以忽略不计.因离心引起的磨擦力F2=mrω2f=1.7×10-3×12.6×10-3×1 8232×0.3=21.4 N,惯性销受到的前冲(章动)力F1远远大于F2,故具有前冲条件.经计算回转体部件转正到的时间约为弹丸发射后77.8～88.9 ms,而弹丸运动5～13 ms时,回转体部件尚未转正,因此惯性销在膛内受前冲(章动)力影响具备前冲的条件,造成惯性销复位,重新锁住回转部件.

惯性保险机构可靠性理论计算

惯性保险机构由惯性销、惯性销簧组成,该部件为美M739引信采用的成熟机构.其采用的是惯性保险机构与离心保险机构组合的保险形式,其任何一个保险机构的保险值可设计的小一点,这样有利于引信的通用性(也正是该引信通用性强的原因之一),但是由此引起的惯性、离心保险值不能太大的结果又势必限制了引信安全性[6]的进一步提高,有时候甚至导致安全性的降低[7].此类安全保险系统在具体应用的时候应该进行再设计,引信再设计的必要性及策略在文献[8]中有系统的介绍.该惯性保险机构由于是可逆式后座保险机构,因此存在发射过程中受章动力影响而在离心保险尚未解除时而恢复对回转体限制的问题.针对这一问题,有必要对该类惯性保险机构进行重新改进设计,通过在惯性保险机构中增加闭锁装置,使惯性销在解除保险后不能恢复.改进后的惯性保险机构见图2.该机构的设计参数如下:1)惯性销参数.惯性销质量m1=0.515 g,惯性销行程L=2.58 mm.2)闭锁钢丝参数.钢丝变形量λa=2,钢丝直径d1=0.35+0.02mm,钢丝弹性模量E=2.1×104,变形点端点距离a=8 mm.3)惯性销簧参数.钢丝直径d2=0.4+0.02mm,惯性销簧质量m2=0.118 g,钢度R0=0.502 4 N/mm,自由高度h=16-1.5-0,弹簧预压量λ0=8.95.求闭锁钢丝产生的阻力功改进设计以前的惯性保险机构中惯性销主要受惯性力和弹簧抗力作用[9].改进以后的惯性保险机构中惯性销还要受到闭锁钢丝对惯性销的作用力.假设闭锁钢丝对惯性销产生的正压力为T,根据公式T=3λaEJg/a3,J=π×d4/32,计算得出T=3.98 N,则闭锁钢丝产生的阻力功Ef=2TfL.式中:f为闭锁钢丝和惯性销的摩擦系数,取f=0.2.计算得出Ef=4.107 N•mm.2.2计算安全落高惯性体在碰击后所获得的动能E1=P1H(1+β2),P1=(m1+m2/3)g=5.43 N.式中:H为安全落高;P1为惯性体系统的换算重力;β为反跳系数,取β=0.6.惯性解除保险时所需的动能En=R0L(L+2λ0)/2,所以根据安全判别式E1-Ef≤En,得安全落高计算公式H=[R0L(L+2λ0)+2Ef]/[2P1(1+β2)],计算得H=2.35 mm.计算结果满足设计要求.可靠解除保险计算惯性销下沉到位,弹簧产生的抗力RL R0(L+λ0)=5.79 N,闭锁钢丝与惯性销产生的磨擦力RfN=T•f=3.98×0.2=0.796 N,惯性体在离心力作用下所产生的磨擦力RfC= (m1+m3/3)rω2f×10-6.式中:r为惯性销到弹轴的距离,r=12.6 mm;ω为全装药条件下弹丸角加速度,取ω=1 823 r/s.计算得出RfC=4.3 N,则惯性销下沉所受阻力R=RL+RfN+RfC=10.9 N,而2/3K1(m1+m3/3)=12.2 N>R=10.9 N,所以能可靠解除保险.

试验验证

引信安全性根据GJB573A方法104.6的要求[10]进行了1.5 m落高跌落安全性试验.依次将15发改进以后的引信保高温70℃及保低温-54℃各2 h后进行跌落试验, 5发为一组.试验要求:①试验过程引信必须安全;②分解检查安全系统不得有解除保险的现象. 射击试验在了落高跌落安全性试验之后,又进行了实弹射击试验. MM-B引信配用155 A弹和B弹各28发,结果无一发瞎火.这说明该机构和改进之前相比,安全性完全满足要求,作用可靠性有明显的改善.

结论

1)由于155 mm弹药系统特殊的内外弹道环境,使引信的工作环境更为复杂,有许多不确定因素对引信的作用可靠性产生影响. 2)制式安全保险系统有值得提高的地方,说明如果过多考虑了通用性,则安全性、作用可靠性均会存在一定的隐患.3)在使用过程中,惯性保险机构受到后坐力惯性销下沉后,受离心力作用,惯性销姿态会发生变化,因此惯性销在膛内前冲力影响复位的机率较小,但试验过程中出现瞎火,说明惯性销在膛内前冲力复位的机率尽管很小,但还是存在的.4)通过比较MM-A引信和MM-B引信结构,寻找引信配用于B弹的瞎火原因,可以增加闭锁装置,完成MM-B引信惯性保险机构的改进设计.相关理论分析计算与试验结果表明:改进以后的惯性保险机构,既能保证1.5 m跌落安全,又可满足发射时可靠地解除保险的要求.5)针对引信惯性保险机构的相关理论分析与计算,不仅可以用于惯性保险机构优化设计[11]以及可靠性设计与检验[12],还有助于查找引信的瞎火原因,为解决引信瞎火问题提供了一定的依据.

作者：吴越 王宏伟 史长虹 汤建林 单位：中北大学机电工程学院 辽宁华兴机电有限公司 中国人民总后军需装备研究所 中国人民66068部队