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引信安全系统惯性保险技术研究

归档日期:06-28       文本归类:惯性引信      文章编辑:爱尚语录

  中北大学学报自然科学版) V01.33 No 32012 (总第143期) JouRNAL oF NoRTH uNIvERslTY oF cHINA(NATuRAIJ sclENcE EDITIoN) (SLlm N。】43) 文章编号:l 673 31 93(2012)。3 02j7 05 引信安全系统惯性保险技术研究 吴越1,王宏伟2, (1中北大学机电T程学院,f JJ两太原03005】; 3.中围人民解放军总后军需装备研究所,北京10(101 2辽宁华兴机电有限公司,辽宁锦卅l121017; 4中国人民解放军66068部队,山西太原030051) 摘要: 55mm弹种的引信瞎火问题,对引信安全系统惯性保险技术进行r研究通过 增加闭锁装置,完成了引信安全系统惯性保险的重新设计,并先后进行了安全系统惯性保险作用町靠性的 理论分析与计算,以及引信安全|生跌落试验理论分析计算与试验结果表明:萤新设计改进以后的安全系统 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 关键词:引信}惯性保险机构;闭锁装置 ’中图分类号: TJ430 3+3 文献标识码:A d0I:10 3969^l…1 673 3193.2012.03.007 Design InertialInsurance FuzeWU Yuel,WANG Ho“g wel 2,SHI(:ha“g ho“93,TANG Jlan—lm4 (1.Sch()ol MechatronlcEnglnee r】“g,North Unlverslly。f Chlna,Talyuan 03005l,(、hln8; 2l。la。nmg Huaxmg Mecha”()nlc(、().I。td.,Jlnzhou 12l 01 7,Chlna; 3.Quartcrmastcr E(julJ)舢t 1nstltute cf GeneralI,o剐stlI)ept Pl,A,HelJl“g100叫0,(:hlna 4.N() 66068 Tr()ops PI。A,Talyuan030051,Chlna) Abstract:To soive m恼fireproblem fuzeused a155mm pro JectlIe,the research lnertlal1nsurancc fuzesafety system conducted.Alocking devlce lnstalled,the1nertial lnsurance mechanlsm correspondlngtheoretical analysis droptest made.Theoretical analy sls experjmentalresults showed lmprovedlnertia insurance mechanism could guarantee safetywhich under1.5 mdroppi“g,also insurancecould rellably relive itslaunch. Key words:fuze;lnertial insurance mechanism;locklng device O引言lj5 mm火炮配两种弹药,一种为A弹,另 一种为B弹,两种弹药配用同一种引信MM 1996年,MM—A引信配用B弹进行工厂定型试验中发生瞎火现象,瞎火率达l/4.对此问题先后采 用多种方案查找引信瞎火的原凼,但均未见效. 在此期间,为了验证引信瞎火的问题,采用了 MM—B引信,并进行了引信对地发火性实验,引 信全部作用正常.在此基础上,进行了B弹配用 MM B引信补充鉴定实验,并对引信进行了各项 考核,引信作用正常.但在1998年进行的 155mm A弹射表编制实验中,MM B引信1 6l 发瞎火7发,瞎火率为1/23.为此对引信进行了 *收稿日期201 201 12基金项目:同防基全资助项目(n3 31()|1…**) 作者简介吴越(1 973),男.讲帅.硕士主要从事高教毁伤研究 万方数据 25R 叶T,化大学学报(自然科’学版 改进,在后来的8l发A弹射表编制实验中均末 出现瞎火,然而在58发B弹射表编制实验和轻 重弹对比实验中又出现了引信瞎火问题.说明废 型引信作门j可靠性存在一定的问题,而MM 信和MMB引信采用的惯性保险机构结构相同. 凼此需要对其安全系统惯性保险技术进行进一步 研究. 1引信安全系统惯性保险技术分析 1.1引信结构 MM B引信是在制式引信的基础上进行改进 设计而来,采用双环境力准流体延期解除保愉安 全系统,该安全系统已在引信中得到充分验证, 其特点是结构简单、强度高、作用呵靠性高.为了 说明问题,对此类安全系统的组成及原理1“说明 如下:安全系统主要由以F几个部分组成:回转体 部件,惯性保险机构(惯性销、惯性销簧),离心保 险机构(两个离心子,曲个离心子簧),延期解除 保险机构(保险套筒、活塞缸、活塞杆、微径玻璃 作用原理:平时离心保险机构中的两个离心子锁住延期解除保险机构中的保险套简,保险套 筒堵住活塞缸上的泄流}L,防止微径玻璃珠外泄; 活塞杆一端受微径玻璃珠限制而固定,另外一端 则限制回转体部件,构成离心保险;惯性保险机 构中的惯性销限制回转体部件转动,构成离心保 险,保证回转体部件处于保险位置.发射时,惯性 保险机构中的惯性销在后坐力的作用下,克服惯 性销簧的抗力下沉到位,惯性保险解除;在离心力 作用下,离心保险机构中两个离心予克服离心子 簧的抗力外撤,解除对保险套筒的限制,保险套 筒打开泄流孔,微径玻璃珠从泄流7L流出,经过 一段时问泄流后,活塞杆随之外撤,直到解除对 回转体部件的限制,回转体部件在离心力作用下, 转正到位,处于解除保险状态.惯性保险机构和 MM—A引信惯性保险机构结构相同,均借鉴了 M739引信惯性保险机构的结构形式,既采用低闽 值可逆式后座保险机构(<30 g,不解除保险;> 40 g,解除保险)。隔爆方式采用水平转子式隔离 机构的结构形式.引信炮口保险距离不小于 60 m,可靠解除保险距离不大于l 50 】.2弹丸基本参数和弹道特性A弹与B弹弹丸诸元比较如表1所示.A弹 与13掸弹道特性如丧2所示.表1弹几参数 Tab 1I’afamt-r Iab2Ba】llst…hrac rermrlcs 1.3对比试验及瞎火原因分析 1.3.1弹丸对比情况 kg。全弹要长20.8 mm,质心往前7 mm,直线 转速等略大;从弹道特。rj:看,B弹飞行时间长,弹 道高,落速大.经对瞎火引信进行【旦】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;『f『i 在条件稍为恶劣时有时就会发生不正常现象. 1.3.2引信对比情况 lj5 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 H引信采用的是准流体延期解 除保险机构,该嘣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,为低阎值可逆式后座保 险机构因此,从两种引信配用于B弹都有瞎火 现象分析,惯性保险机构有町能存在可靠性问 万方数据 (总第】43期) 引信安全系统惯性保险技术研究(吴越等) 259 1.3.3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01.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1 36m,章 动周期为o.075 6s.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耐),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f_】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.惯性保险机构示意图如 图l所示. 雌|生保险机构示意罔Fjg 1Schemallc d189’amof 1nertIal l………e?han… 根据测试数据,B弹轴向前冲过载值见表3 表3过载值测试结果 Tab 3R…hs of…rload tcst 已知后坐销质量m一1.7 g,惯性销簧抗力 R’一o.24 N/mm,摩擦系数厂一o.3,弹簧自由高 o.67mm,r—12.6 mm,全装药条件下弹 丸角加速度m—l 823 r/s.通过计算可知,取5~ 13ms的过载值K,惯性销受到的前冲(章动)力 5489.81.7103—59.1 远大于惯性销簧抗力值2.56N,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F。=州r叫2厂一1.7 10 312.6lO 82320.3—21.4N,惯性 销受到的前冲(章动)力F,远远大于F。,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5~1 3ms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. 2。质性保险机构可靠-陛理论计算 惯陛保险机构由喷性销、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“3的进 一步提高,有时候甚至导致安全性的降低”1.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,通过在喷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: 】)惯性销参数.惯性销质量m,一O.515 性销行程L一2.58mm.2)闭锁钢丝参数.钢丝变形量^。一2,钢丝直 径J.一o.35枷”mm,钢丝弹性模量E一2.1 10’,变形点端点距离“一8 mm. 3)惯性销簧参数.钢丝直径d:一 o.4“’。12mm,惯性销簧质量:一o.118 R。一o.5024N/mm,自由高度^一1 6_1 5~,弹簧 预压量扎一8.95. 万方数据 260 北大学学报(自然科学版 加闭漩装置的惯陛保险虮枷结构图F1£2 Inertl洲s………han…wh山e Icckl“H drv】L c2.1 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髓性销主要 受惯性力和弹簧拄力作用”o,改进以后韵惯性保 险机构中惯性销还要受到闭锁钢丝对攒性销的作 用力. 假设闭锁钢丝对惯性销产生的正压力为丁, 根据公式Y1—3^。EL,篁几。,,,一“d1/32,计算得出 7’一3.98 N,则闭锁钢丝产生的阻力功E一一 27yL.式中:,为闭锁钢丝和惯性销的摩擦系数. 取,一O.2.计‘算得出Ef=4.107 mm.2.2计算安全落高 惯性体在碰击后所获得的动能E.一P,H(1+ 惯性解除保险时所需的动能E。=R。L(二+2A。)/2.所以根据安全判别式Et EfE得安 全落高计算公式H一[R。,上(L+2扎)+2B]/ [2,],(】+p2)],计算得一2,35 mm. 计算结果满足设计要求, 2.3可靠解除保险计算 惯性销下沉到位,弹簧产生的抗力尺 201 R。,(,,卜^。、)一5.79N,闭锁钢丝与惯性销产生的磨 ,一3.98o.2一o,796N,惯性体 在离心力作用下所产生的磨擦力,c”一(-十 2.6mm;w为全装药条件下弹丸角加速 823r^,计算得出』h=4.3N,则惯 性销下妇(所受阻力R=R-+R rw+凡,t一10.9 而2/3K。("z。+”“/3)=122N>R=1 O.9 以能可靠解除保险.3试验验证 3.1引信安全性 根据GJB573A方法104.6的要求_l”进行r m落高跣落安全性试验.依次将】s发改进以后的引信保高温70 C及保低温一54 h后进行跌落试验,5发为一组.试验要求:试验过程引信必须安全;分解检查安全系统不得有 解除保险的现象,试验情况如表4所示 襄{安垒性试验 Tab 4南fPtyt。st l第一组 序号 1第一次跌落 AB(。 E序号 第二组 第一次跌落 ACE第二次跌落 AC序号第三缉 第一敷跌落 AHDE第二次跌落 头向F:E为4j。底向下经分解检查无异常,完全符台要求 3.2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 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 昆的改善. 4结论 1)由于l 55 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,有许多小确定 因素对引信的作用可靠胜产生影响. 万方数据 43期{信安全系统惯性保险技术研究(吴 2612)制式发伞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、作用可话性 均会存在一定的隐患. 3)在使用过程巾,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,但还足存在的. 4)通过比较MM A引信和MM B引信结 构,寻找引信配用于B弹的瞎火原冈,町以增加闭 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腺保险的要求. 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没计…以 及可靠性设计与检验【”,还有助于查找引信的瞎 火原冈,为解决引信瞎火问题提供r一定的依据. 参考文献: [1]马宝华.引信构造与作用[M].北京:围防工业出版 984[2]彭艮清引信机构动力学[M].北京:兵器工业出版 社,199 4[3]张亚.徐建军.赵河明.弹药可靠件技术与管理[M] J匕京兵器工、lp出版社,2。0 L[4]安晓红,张亚,顾强.引信设计与应用[M]北京:吲 防工业出版社,2006 [j]范宁军,马宝华.引信安全系统解除保险过程的数学 分析[J]兵_r_学报。1 992(3):8L)84 Fan Nln副un,Ma Ba()11ua Ma【htlcal analysls thmmgprocess 1n fsafc‘y system LJ]Acla Armamcnta rll,】992(3):80 84(1n(、hlnesP) (上接第256页) [11]I|Iu【、T. (:umulatIve dam89e crackgr。wth In solid I)peIIant[R]AI)A323684。199 7[12]陈军,王政时固体火箭发动机自动化参数设计软件 模型与实现[J]兵上学报,20。2,23(4):5】o一51 ChenJun,Wa“g Zhe“gshl Softwar em()dcl£md th。 rcalizatlon aufomacparameter dcslgn asolldpr01)cllant rocket m0t。r[J] Acta Amenta. 2()02。23(4):51 3jl C11Inese)[】3]苏建河.ANsYs程序优化技术在固体火箭发动机设 计中的应用二J]固体火箭技术,2006,29(j):337. Su J1anhe Applicatlon ANSYSpr(’gram opn眦atl。n technl‘Iues l。soIld r。cket motor deslgn [j].J()urnal【)i RocketTechn0109y,2006,29 (5):337.(1n(’hlnese) 4]I,and曲aumEM.Speclflc lmpulse predlctl。n s。lld口r()pellant motors[c] A1AA/sAE/AsME 15th JoInt 11ropulslon(:onfefence,1 979:70 13jg. [1j]王元有固体火箭发动机设计[M]北京:国防工业 出版社,l 98d

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