炮射常规电磁脉冲弹引信关键技术研究

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现代战争是信息化的战争。在立体战场空间的信息网中,任何一个信息节点或者环节被破坏,信息链被切断,都将造成指挥、通信、控制系统的瘫痪或失灵,从而造成战斗力的大幅削弱,甚至导致战场的溃败。电磁脉冲弹可以产生强电磁脉冲毁坏敌方的探测制导、通讯导航和指挥网络系统等电子控制设备,成为各个军事大国研究热点。电磁脉冲弹小型化是一个重要研究方向。小型电磁脉冲弹可以配置到常规作战平台上,用于攻击小规模电气通讯设备和移动目标,执行战术性任务。在满足战术要求的情况下,常规电磁脉冲炸弹的低成本优势使其极具研究意义。这种新型弹药给引信提出了新的技战要求。引信除了具备传统功能以外,还必须能够向战斗部提供种子电流,其性能直接决定着常规电磁脉冲弹的毁伤效果。因此,常规电磁脉冲弹引信技术的研究对这种新型弹药的发展有着重要的军事意义。  本文以炮射常规电磁脉冲弹药为背景,对引信系统的小型高功率脉冲种子电源、起爆时序控制模型及实现、近距双路爆炸序列安全控制和引信电路的强磁屏蔽等关键技术进行了研究。  首先分析了常规电磁脉冲弹战斗部特性,阐述了螺旋型磁通量压缩发生器的基本原理和运行过程,建立了定向辐射的常规电磁脉冲弹杀伤模型;针对引信可控的两个主要参数倾角和炸高,计算了辐射功率区间分布随这两参数的变化规律;分析了炮射常规电磁脉冲弹在实际弹道下的引战配合过程,从引战配合效率的角度讨论了影响引战配合特性的主要因素和提高效率的技术途径。  针对常规弹载体积空间小的特点,研究了两种典型的HMFCG种子电源技术。首次提出了引信种子电源采用热电池+高压逆变器+脉冲电容的方法,论证了其能量、充电时间以及放电实现的可行性,研究了脉冲电容提高储能密度和优化放电参数的技术途径;分析了爆轰驱动飞片撞击铁电体爆电换能全过程,利用撞击理论分析了飞片撞击铁电体的模型,计算了爆轰驱动飞片的冲击载荷,设计了小型的引信用铁电体爆电换能器机械结构。  建立了不同种子电源下电磁脉冲弹引信的最佳起爆时序模型。通过对种子电源放电时序和HMFCG的运行时序的分析,研究了引信延时误差散布的数理统计规律;对比了几种引信双路异步起爆的时序控制方法,选择了爆炸闭合开关作为放电控制主要元件;设计了爆炸闭合开关的机械结构;进行了基于MCU内部振荡器的引信电路精确定时技术的研究,探索了外界因素对振荡频率的影响规律;通过补偿算法对温度和电压造成的频率偏差进行补偿,实现了高过载下引信电路0.1%的定时精度;优化后的爆炸闭合开关与脉冲电容种子电源进行了联调实验,开关响应时间误差散布为5μs。  采用了一套安全与解除保险机构实现对两路爆炸序列安全控制的设计思路,设计了两种典型种子电源情况下的双向异步起爆的爆炸序列,提出了近距双路雷管的殉爆判据,计算了隔爆介质中的冲击波起始数值,分析了传递衰减过程。以榴弹为应用背景,设计了炮射常规电磁脉冲弹引信的安全与解除保险机构。  种子电流在螺线管周围空间形成较强的磁场干扰,降低了引信电路的可靠性。为了解决这一问题,分析了直接馈电方式下的HMFCG初始磁场分布,数值模拟了引信的脉冲磁场环境;结合低频强磁场对引信电路敏感元器件的干扰机理,研究了脉冲强磁场下引信的磁屏蔽机理和屏蔽效能;设计了脉冲强磁环境下引信实验平台并进行了初步实验,实验表明磁屏蔽后引信电路工作可靠。  在确定炮射常规电磁脉冲弹引信与战斗部体积空间分配比例后,进行了引信总体布局设计和各部件之间的参数匹配设计。结合小型HMFCG,进行了时序控制精度实验和引信战斗部联调实验。实验结果显示,引信时序控制精度≤6μs,简易小型HMFCG的电流增益为4-5之间。在这基础上进行了常规电磁脉冲弹全系统的静爆实验,验证了小型的常规电磁脉冲弹引信和战斗部设计原理的可行性。
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