论文部分内容阅读
DOI：10.12132/ISSN.1673-5048.2019.0008
摘要：针对联合国对子弹药未爆弹率及功能的要求，结合国内子弹药引信的发展现状，提出了对原有子弹药引信进行机械结构改进的方案。结合子弹药引信的结构特点及其工作环境特点，设计了一种预储能离心作用机构，并对其作用原理和作用过程进行了详细阐述。对该机构进行受力分析，按子弹药工作过程分阶段对其进行了可靠性计算和动力学仿真。计算和仿真结果表明，预储能离心作用机构能够可靠作用，达到了设计目的。
关键词：子弹药;引信;离心作用机构;可靠作用
中图分类号：TJ430文献标识码：A文章编号：1673-5048（2019）04-0082-06
0引言
集束弹药具有瞬时火力密集、覆盖面积广、毁伤效能大等特点，既确保了对目标区域有生力量的杀伤，对装甲目标的集群点目标、机场跑道等面目标的摧毁，又弥补了无控弹药精度低、地对地导弹绝对散布较大的不足，顺应了现代战争“纵深攻击”的战争特点[1]，现已在各国火炮、火箭弹和导弹中广泛装备。同时，子弹药瞎火问题近年来越来越受到各方关注[2-3]。联合国“特定常规武器公约”中《集束弹药议定书草案》规定，对于1990年1月1日以后生产的集束弹药，未爆弹率不得超过1%，至少应具有自毁、自失效和自失能（简称“三自”）功能，满足上述条件才能对外转让。为减少未爆子弹药，针对子弹药引信的改进措施主要有：提高引信主发火作用的可靠性，或者增加“三自”功能[4-5]。相比之下，增加“三自”功能的研制周期短、技术风险小、成本较低。美国第47～51届引信年会介绍了各种子弹药引信增加火药或电子自毁结构，满足子弹药引信的“三自”功能，达到未爆弹率不超过1%的要求[6-7]。国内，适用于子弹药引信的微小型电源技术还不是很成熟，因此对子弹药引信传统的机械结构进行改进，使其具备“三自”功能，是子弹药引信的发展趋势之一。本文设计了一种适用于子弹药引信的预储能离心作用机构，利用机械和力学原理，使子弹药具备自毁、自失效功能。
1预储能离心作用机构设计与受力分析
1.1机构设计
按照分析，结合子弹药引信的工作环境和自身机构特点，设计了一种预储能离心作用机构，如图1所示。
预储能离心作用机构的作用过程为在母弹将子弹药抛撒出母弹舱后，子弹药在下落过程中自旋，预储能离心作用机构在离心力作用下，压缩扭簧向外（向着弹壁方向）转动，随着子弹药转速的增大，离心作用件最终到达极限位置（紧贴引信体内壁）。子弹药在落地或碰撞目标
后，转速降低，此时引信会产生两种作用状态：主发火机构正常作用，进而引爆弹药;主发火机构未正常作用，不能正常引爆弹药。当主发火机构失效时，随着子弹药转速的降低，离心作用件所受离心力减小，扭簧驱动离心作用件克服离心力与阻力（包括扭簧阻尼和零部件接触摩擦力）作用向内（向着子弹药转轴方向）转动，离心作用件上装配的针刺部件戳击爆炸元件，爆炸元件发火继而引爆引信其他爆炸组件。当引信引爆战斗部时，子弹药实现自毁;当引信无法引爆战斗部時，引信爆炸组件已经全部作用，没有能量再引爆战斗部，子弹药实现自失效。
由图3可以得到表1结果。
由表1可得：
（1）随着扭簧刚度的增大，离心作用件从开始向内运动到最后戳击爆炸元件所需的时间减小，即扭簧刚度越大，离心作用件越快完成回戳过程;
（2）随着扭簧刚度的增大，针刺部件最终戳击爆炸元件时，离心作用件对子弹药的相对角速度越大，即戳击能量越大;
（3）对比仿真结果可知，在1.5×10-4N·m/（°）刚度的扭簧作用下，针刺部件戳击爆炸元件时，戳击能量大于爆炸元件动态完全发火所需的最小能量，预储能离心作用机构能够引爆爆炸元件。
因此，在最大刚度为1.5×10-4N·m/（°）的扭簧作用下，子弹药从母弹舱被抛撒出到落地或碰撞目标前，离心作用件能够可靠启动，向外运动，且达到完全飞开的状态;在落地或者碰撞目标后，如果主发火机构未正常作用，当转速降低到一定数值时，离心作用件向内运动，当针刺部件戳击爆炸元件时，戳击能量大于爆炸元件动态完全发火所需的最小能量，可以使爆炸元件完全发火。因此，本文所设计的预储能离心作用机构能够使子弹药实现自毁或自失效，达到了设计目的和效果。
4结论
本文针对子弹药引信的结构特点，设计了一种适用于子弹药引信的预储能离心作用机构，可实现子弹药的自毁或者自失效功能。经过计算和仿真分析可以发现，预储能离心作用机构在子弹药下落和作用过程中能够可靠作用，在主发火机构失效时，该机构可以实现子弹药自毁或者自失效，达到了设计目的。因此，本文所设计的预储能离心作用机构适用于子弹药引信。
参考文献：
[1]赵玉清，王小波，张海娟.集束弹药公约与子弹引信发展趋势[J].探测与控制学报，2009，31（S）：25-28，33.
ZhaoYuqing，WangXiaobo，ZhangHaijuan.TheConventiononClusterMunitionsandBombletFuzeDevelopmentTrend[J].JournalofDetection&Control，2009，31（S）：25-28，33.（inChinese）
[2]郅斌伟，马宝华.子母弹子弹药引信自毁技术[J].探测与控制学报，2008，30（1）：6-10.
ZhiBinwei，MaBaohua.SubmunitionFuzeSelfDestructionTechnology[J].JournalofDetection&Control，2008，30（1）：6-10.（inChinese） [3]XuShenggang，XuYanxuan，FanNingjun.TheModelandSimulationoftheClusterSubmunitionRolloverMovement[J].InternationalJournalofModelling，IdentificationandControl，Sousse，Tunisia，2015.
[4]王为奎，张孝虎，黄强.某型空空导弹自毁装置技术研究[J].航空兵器，2012（2）：53-55.
WangWeikui，ZhangXiaohu，HuangQiang.ResearchofaKindofSelfDestructDeviceforAirtoAirMissile[J].AeroWeaponry，2012（2）：53-55.（inChinese）
[5]侯超，刘勇涛，杨旭.侵彻硬目标武器及其智能引信关键技术研究[J].航空兵器，2012（2）：44-48.
HouChao，LiuYongtao，YangXu.PenetratingHardTargetWeaponsandtheKeyTechnologyResearchofItsSmartFuse[J].AeroWeaponry，2012（2）：44-48.（inChinese）
[6]M234M235M236SelfDestructFuzes.L3Communications[C]∥39thAnnualGun&AmmunitionMissiles&RocketConference，USA，2004.
[7]RudofH.PyrotechnicBombletSelfDestructFuze（SDF）forGMLRS[C]∥Presentationfor48thAnnualFuzeConference，Charlotte，NC，2004：26-28.
[8]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.
TheoreticalMechanicsTeachingandResearchSectionofHIT.TheoreticalMechanics[M].Beijing：HigherEducationPress，2009.（inChinese）
[9]范欽珊，殷雅俊，虞伟建，等.材料力学[M].北京：清华大学出版社，2013.
FanQinshan，YinYajun，YuWeijian，etal.MaterialMechanics[M].Beijing：TsinghuaUniversityPress，2013.（inChinese）
[10]孙慧，刘勇涛.空空导弹引信触发开关地面振动响应对比分析[J].航空兵器，2016（3）：62-65.
SunHui，LiuYongtao.ComparisonandAnalysisforGroundVibrationResponseofFuzeImpactSwitchonAirtoAirMissile[J].AeroWeaponry，2016（3）：62-65.（inChinese）
[11]杨启仁.子母弹飞行动力学[M].北京：国防工业出版社，1999.
YangQiren.FlightDynamicsofClusterBomb[M].Beijing：NationalDefenseIndustryPress，1999.（inChinese）
[12]张珂.子母弹抛撒技术研究[D].南京：南京理工大学，2013.
ZhangKe.ResearchonSubmunitionDispersionTechnology[D].Nanjing：NanjingUniversityofScienceandTechnology，2013.（inChinese）
[13]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2007.
LiZenggang.DetailedIntroductionandExamplesforADAMS[M].Beijing：NationalDefenseIndustryPress，2007.（inChinese）
摘要：针对联合国对子弹药未爆弹率及功能的要求，结合国内子弹药引信的发展现状，提出了对原有子弹药引信进行机械结构改进的方案。结合子弹药引信的结构特点及其工作环境特点，设计了一种预储能离心作用机构，并对其作用原理和作用过程进行了详细阐述。对该机构进行受力分析，按子弹药工作过程分阶段对其进行了可靠性计算和动力学仿真。计算和仿真结果表明，预储能离心作用机构能够可靠作用，达到了设计目的。
关键词：子弹药;引信;离心作用机构;可靠作用
中图分类号：TJ430文献标识码：A文章编号：1673-5048（2019）04-0082-06
0引言
集束弹药具有瞬时火力密集、覆盖面积广、毁伤效能大等特点，既确保了对目标区域有生力量的杀伤，对装甲目标的集群点目标、机场跑道等面目标的摧毁，又弥补了无控弹药精度低、地对地导弹绝对散布较大的不足，顺应了现代战争“纵深攻击”的战争特点[1]，现已在各国火炮、火箭弹和导弹中广泛装备。同时，子弹药瞎火问题近年来越来越受到各方关注[2-3]。联合国“特定常规武器公约”中《集束弹药议定书草案》规定，对于1990年1月1日以后生产的集束弹药，未爆弹率不得超过1%，至少应具有自毁、自失效和自失能（简称“三自”）功能，满足上述条件才能对外转让。为减少未爆子弹药，针对子弹药引信的改进措施主要有：提高引信主发火作用的可靠性，或者增加“三自”功能[4-5]。相比之下，增加“三自”功能的研制周期短、技术风险小、成本较低。美国第47～51届引信年会介绍了各种子弹药引信增加火药或电子自毁结构，满足子弹药引信的“三自”功能，达到未爆弹率不超过1%的要求[6-7]。国内，适用于子弹药引信的微小型电源技术还不是很成熟，因此对子弹药引信传统的机械结构进行改进，使其具备“三自”功能，是子弹药引信的发展趋势之一。本文设计了一种适用于子弹药引信的预储能离心作用机构，利用机械和力学原理，使子弹药具备自毁、自失效功能。
1预储能离心作用机构设计与受力分析
1.1机构设计
按照分析，结合子弹药引信的工作环境和自身机构特点，设计了一种预储能离心作用机构，如图1所示。
预储能离心作用机构的作用过程为在母弹将子弹药抛撒出母弹舱后，子弹药在下落过程中自旋，预储能离心作用机构在离心力作用下，压缩扭簧向外（向着弹壁方向）转动，随着子弹药转速的增大，离心作用件最终到达极限位置（紧贴引信体内壁）。子弹药在落地或碰撞目标
后，转速降低，此时引信会产生两种作用状态：主发火机构正常作用，进而引爆弹药;主发火机构未正常作用，不能正常引爆弹药。当主发火机构失效时，随着子弹药转速的降低，离心作用件所受离心力减小，扭簧驱动离心作用件克服离心力与阻力（包括扭簧阻尼和零部件接触摩擦力）作用向内（向着子弹药转轴方向）转动，离心作用件上装配的针刺部件戳击爆炸元件，爆炸元件发火继而引爆引信其他爆炸组件。当引信引爆战斗部时，子弹药实现自毁;当引信无法引爆战斗部時，引信爆炸组件已经全部作用，没有能量再引爆战斗部，子弹药实现自失效。
由图3可以得到表1结果。
由表1可得：
（1）随着扭簧刚度的增大，离心作用件从开始向内运动到最后戳击爆炸元件所需的时间减小，即扭簧刚度越大，离心作用件越快完成回戳过程;
（2）随着扭簧刚度的增大，针刺部件最终戳击爆炸元件时，离心作用件对子弹药的相对角速度越大，即戳击能量越大;
（3）对比仿真结果可知，在1.5×10-4N·m/（°）刚度的扭簧作用下，针刺部件戳击爆炸元件时，戳击能量大于爆炸元件动态完全发火所需的最小能量，预储能离心作用机构能够引爆爆炸元件。
因此，在最大刚度为1.5×10-4N·m/（°）的扭簧作用下，子弹药从母弹舱被抛撒出到落地或碰撞目标前，离心作用件能够可靠启动，向外运动，且达到完全飞开的状态;在落地或者碰撞目标后，如果主发火机构未正常作用，当转速降低到一定数值时，离心作用件向内运动，当针刺部件戳击爆炸元件时，戳击能量大于爆炸元件动态完全发火所需的最小能量，可以使爆炸元件完全发火。因此，本文所设计的预储能离心作用机构能够使子弹药实现自毁或自失效，达到了设计目的和效果。
4结论
本文针对子弹药引信的结构特点，设计了一种适用于子弹药引信的预储能离心作用机构，可实现子弹药的自毁或者自失效功能。经过计算和仿真分析可以发现，预储能离心作用机构在子弹药下落和作用过程中能够可靠作用，在主发火机构失效时，该机构可以实现子弹药自毁或者自失效，达到了设计目的。因此，本文所设计的预储能离心作用机构适用于子弹药引信。
参考文献：
[1]赵玉清，王小波，张海娟.集束弹药公约与子弹引信发展趋势[J].探测与控制学报，2009，31（S）：25-28，33.
ZhaoYuqing，WangXiaobo，ZhangHaijuan.TheConventiononClusterMunitionsandBombletFuzeDevelopmentTrend[J].JournalofDetection&Control，2009，31（S）：25-28，33.（inChinese）
[2]郅斌伟，马宝华.子母弹子弹药引信自毁技术[J].探测与控制学报，2008，30（1）：6-10.
ZhiBinwei，MaBaohua.SubmunitionFuzeSelfDestructionTechnology[J].JournalofDetection&Control，2008，30（1）：6-10.（inChinese） [3]XuShenggang，XuYanxuan，FanNingjun.TheModelandSimulationoftheClusterSubmunitionRolloverMovement[J].InternationalJournalofModelling，IdentificationandControl，Sousse，Tunisia，2015.
[4]王为奎，张孝虎，黄强.某型空空导弹自毁装置技术研究[J].航空兵器，2012（2）：53-55.
WangWeikui，ZhangXiaohu，HuangQiang.ResearchofaKindofSelfDestructDeviceforAirtoAirMissile[J].AeroWeaponry，2012（2）：53-55.（inChinese）
[5]侯超，刘勇涛，杨旭.侵彻硬目标武器及其智能引信关键技术研究[J].航空兵器，2012（2）：44-48.
HouChao，LiuYongtao，YangXu.PenetratingHardTargetWeaponsandtheKeyTechnologyResearchofItsSmartFuse[J].AeroWeaponry，2012（2）：44-48.（inChinese）
[6]M234M235M236SelfDestructFuzes.L3Communications[C]∥39thAnnualGun&AmmunitionMissiles&RocketConference，USA，2004.
[7]RudofH.PyrotechnicBombletSelfDestructFuze（SDF）forGMLRS[C]∥Presentationfor48thAnnualFuzeConference，Charlotte，NC，2004：26-28.
[8]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京：高等教育出版社，2009.
TheoreticalMechanicsTeachingandResearchSectionofHIT.TheoreticalMechanics[M].Beijing：HigherEducationPress，2009.（inChinese）
[9]范欽珊，殷雅俊，虞伟建，等.材料力学[M].北京：清华大学出版社，2013.
FanQinshan，YinYajun，YuWeijian，etal.MaterialMechanics[M].Beijing：TsinghuaUniversityPress，2013.（inChinese）
[10]孙慧，刘勇涛.空空导弹引信触发开关地面振动响应对比分析[J].航空兵器，2016（3）：62-65.
SunHui，LiuYongtao.ComparisonandAnalysisforGroundVibrationResponseofFuzeImpactSwitchonAirtoAirMissile[J].AeroWeaponry，2016（3）：62-65.（inChinese）
[11]杨启仁.子母弹飞行动力学[M].北京：国防工业出版社，1999.
YangQiren.FlightDynamicsofClusterBomb[M].Beijing：NationalDefenseIndustryPress，1999.（inChinese）
[12]张珂.子母弹抛撒技术研究[D].南京：南京理工大学，2013.
ZhangKe.ResearchonSubmunitionDispersionTechnology[D].Nanjing：NanjingUniversityofScienceandTechnology，2013.（inChinese）
[13]李增刚.ADAMS入门详解与实例[M].北京：国防工业出版社，2007.
LiZenggang.DetailedIntroductionandExamplesforADAMS[M].Beijing：NationalDefenseIndustryPress，2007.（inChinese）