一种新型深水炸弹引信解除保险机构设计

黄德雨，张世林

(1.中国人民解放军95874部队， 南京 210022； 2.中船重工第710研究所， 湖北 宜昌 443000)

【装备理论与装备技术】

一种新型深水炸弹引信解除保险机构设计

黄德雨1，张世林2

(1.中国人民解放军95874部队， 南京 210022； 2.中船重工第710研究所， 湖北 宜昌 443000)

为了适应深水炸弹引信在深水中能够安全可靠的接触保险，设计了一种新型的多重引信保险机构，该机构具有投弹保险、限位保险和辅助保险的多重功能，发射保险利用投弹重力环境剪断剪切销解除投弹保险；限位保险利用水压力来实现水压机构的错位移动解除保险；辅助保险确保了引信在未正常工作的情况下的安全处理。通过试验验证了多重保险的可靠性，结果表明：该机构对于深弹引信的安全性和可靠性是可行的。

引信；保险机构；解保；试验分析

保险机构是引信安全系统的重要机构之一[1]。它的作用是确保在勤务处理和发射时的安全，并确保弹丸发射时引信在一定的环境激励下可靠解除保险，使得整个引信处于待发状态。沉底雷由于其隐蔽性好、能持续长期的威胁敌人，并且难以安全扫除。本文针对大深度沉底水雷的清除设计了一种新型的深水炸雷弹引信安全解除保险机构，该引信机构很好地解决了深水炸雷弹清除沉底雷的安全性问题。

1 引信保险结构及工作原理

引信采用水压环境和投弹的拔销动作来解除隔离保险，总体结构上主要由拔销机构、水压机构、隔爆机构等机构组成。引信保险机构如图1、图2所示。

1.拔销; 2.剪切销; 3.盐块; 4.钢珠; 5.水压膜; 6.水压弹簧; 7.水压杆; 8.导爆管; 9.水压杆定位筒; 10.钢珠座

图1 引信保险装置结构

图2 引信保险装置实物图

该机构包含3重保险：投弹保险、限位保险和辅助保险(自毁)。投弹保险保证在勤务处理过程中的操作安全，当遭遇意外拉拽产生的激励不足以拔掉投弹拔销，保障了人员勤务处理过程的安全；限位保险主要是实现延期解除保险装置、隔爆和实现接通电路开关的功能，利用水压机构产生的压缩力实现错位移动，从而可靠解除引信保险；辅助保险主要保证深弹在误投弹(投弹点水深小于20 m)或引信故障不能正常起爆时(哑弹)的安全处理。

引信作用过程：水压机构被钢珠(4)固定，而钢珠(4)又被拔销固定在定位筒(9)中，拔销(1)被剪切销(2)固定在钢珠座(10)中，投弹拔销(1)通过钢珠(4)与水压杆(7)机构的自锁解脱动作完成水压保险。投弹时，深弹在重力作用下落下，拔销(1)机构承力，剪断剪切销(2)，投弹拔销(1)拔出，解脱钢珠(4)，释放水压杆(7)。弹入水，海水经过进水口进入引信内部，使水压膜变形产生压力，压缩水压弹簧，水压杆(7)在海水的压力下移动，使得导爆管(8)和雷管对正，解除传爆系列的隔爆状态，并接通接电开关开始计时，最终进入待发状态。同时，海水将通过内部管道进入绝火座内，缓慢将绝火盐柱(3)溶化，如弹未正常起爆，海水在溶化完绝火盐柱(3)后进入引信内部，使引信因浸水而失效，保证后续处理过程中的安全性。

3 相关计算

3.1 剪切销强度计算

剪切销具有抗力大、体积小、制作简单的特点。为使剪切销有尽可能高的作用灵敏度，一般可按安全条件设计剪切销的直径，然后进行抗力试验验证其能否可靠剪断。根据安全条件可得剪切销直径为[2-3]

(1)

其中：F为作用在剪切销上的力；σ为材料的抗拉强度。为确保剪切销在一定储备年限下不会腐蚀，选用铜基质的材料作为剪切销材料。已知弹重为G，投弹装置偏角为10°，弹体与投放装置的摩擦系数为f,则:

F=Gcos10°-Ff=G(cos10°-fsin10°)

(2)

计算出直径后，再根据试验对其进行检验验证其可靠性，并确定剪切销的剪切抗力如表1所示，最终选择直径为1.6 mm的铍青铜材料作为投弹剪切销。

表1 剪切销试验数据

3.2 水压机构计算分析

水压机构如图1所示：水压膜半径为R，深弹工作水深为h1～h2(m)。由于进水口位于弹尾部，进水不及头部顺畅。弹在下潜过程中，水压机构感受到的海水压力为动水压，比静水压小[4-5]。在设计水压机构时，用静水压校核H(m)安全水深是偏安全的。为兼顾h1(m)工作水深指标，设定水压机构解除保险的水深为h0(m)。则水压杆所受到的海水压力为

F水压=πR2ρgh

(3)

另外，水压杆在运动时，将压缩引信内部的空气，忽略在压缩过程中的气温变化，根据设计模型，保险状态时引信内部气体空腔体积为V0，解除保险后内腔空腔体积为V1，根据恒温压缩公式：

P0V0=P1V1

(4)

(5)

则内腔气体在水压膜(水压杆碗部)变形后产生的对抗压力：

F抗=(P1-P0)πR2

(6)

水压弹簧弹性系数为k，处于保险状态时，长度为L1，压缩量Δx0；解除隔爆时，长度为L2，则水压弹簧解保状态时受到的弹力为

F弹簧=k(Δx0+L1-L2)

(7)

由分析可知，水压机构的临界解保压力：

F=F水压-f摩擦力-F抗-F弹簧=

L1-L2)-f摩擦力

(8)

式(8)中f摩擦力为水压杆与其他零部件之间的摩擦力之和。

3.3 钢珠自锁机构计算分析

为确保投弹拔销拔出后，水压机构处于解锁状态，设计时必须防止钢珠自锁后发生滚动[6-7]，解脱后处于自锁状态。图3为自锁机构中钢珠的受力示意图。钢珠受到拔销的压力Fr6和摩擦力Ft6、钢珠座产生的压力Fr7和摩擦力Ft7、水压杆定位筒产生的压力Fr8和摩擦力Ft8，其中压力Fr8与钢珠中心轴的压力角为α，摩擦系数μ=0.15，钢珠半径为单位长度。

(1)

由式(1)可知，当投弹拔销解除后，钢珠不可能自锁。

图3 自锁机构钢珠受力示意图

当投弹拔销未解除时，假定钢珠处于滚动状态，则由平衡方程可得：

Ft7=Fr7μ

(2)

Ft8=Fr8μ

(3)

Fr6=Fr8sinα+Ft8sinα-Ft7

(4)

Ft6max=Fr6μ

(5)

由式(5)可得：

Fr6≥Fr7+Fr8

(6)

由式(2)至式(4)可知以上公式不满足式(6)，所以钢珠不会发生滚动现象。

为确保投弹拔销能够可靠从自锁机构中拔出，设计时必须保证拔销与钢珠之间的摩擦力Ft6远小于投弹拔销力。在临界状态下，由平衡方程可得：

Fr8sinα+Ft8cosα-Ft7-Fr6=0

(7)

Fr8cosα+Ft8sinα-Fr7-Ft6=0

(8)

Fr8sinα+Ft8cosα(1+cosα)+Ft8sinαcosα-

Fr6-Ft6=0

(9)

Fr6cosα-Ft6(1+sinα)-Fr7sinα+

Ft7(1+cosα)=0

(10)

由式(7)至式(10)求得拔销对钢珠的摩擦力远远小于投弹拔销力F，可知投弹拔销能够可靠的从自锁机构中拔出。

4 引信解保实验分析

4.1 水压解保

样机如图4所示，试验时随机挑选12套样机并进行编号，分别将引信缓慢放入深水池中，观测外接电路信号指示灯是否亮来判断引信是否解保。试验结果见表2，由表2可知试验引信安全解除保险的要求，8 m水深时引信处于保险状态，在10～15 m水深可靠解除保险，满足了作战使用要求。从表2可看出水压机构的实际解保深度大于理论解保深度，经分析在于水压弹簧的实际抗力处于理论抗力值的正公差内[8]，抗力值偏上限，导致实际解保水深大于理论解保水深。

图4 试验引信样机

编号水压弹簧抗力/N理论解保深度/m实际解保深度/mh0安全情况水密情况恢复安全情况178812．15安全未漏水恢复280811．1安全未漏水恢复377．8812安全未漏水恢复478．2810．9安全未漏水恢复579810．1安全未漏水恢复679811．8安全未漏水恢复778811．3安全未漏水恢复879．9814．3安全未漏水恢复978．6811．8安全未漏水恢复1079．4811．15安全未漏水恢复1179．8810．9安全未漏水恢复1278811．3安全未漏水恢复

4.2 辅助解保

绝火机构作为引信的辅助安全机构，安装在引信管内，由绝火座、盐柱、密封圈、平压螺和橡胶片等构成，盐柱采用压制的硝酸钾作为材料，保持盐块的溶解时间在30 min～24 h时间内。试验时为了模拟绝火机构在60 m水深的情况下盐块溶解情况，试验选择5 MPa高压斧来模拟水深。将12枚样机放入立式高压斧中，如图5所示。确保舱门密封，加压至0.6 MPa时开始计时，加压时间定在40 min。取出样机进行拆卸观测绝火盐块的溶解状态。试验时大约在35 min后压力表出现泄压，说明有盐块已经溶解。试验结果如图6所示：有2枚样机盐块完全溶解，其余均轻微溶解。试验表明：盐块式的绝火机构能够满足引信的辅助安全性，达到了设计指标要求。后续通过大量样本进行了各项环境试验考核[7,9-10]，盐块溶解时间分布区间为30 min～24 h，但溶解时间离散性较大，经分析其原因在于压制盐块时受硝酸钾颗粒及湿度、压力等外界环境影响有关。

图5 高压斧开始工作状态

图6 绝火盐块溶解状态

5 结论

分析了投弹保险和水压杆的限位保险的可靠性。试验结果表明，引信保险机构在安全水深均未解保，在工作水深均可正常解保，并且没有出现漏水现象；引信脱离水压环境后能够正常复位至保险状态。

[1] 北京工业学院触发引信教研室.引信设计上册[M].北京：北京工业学院，1976.

[2] 张合.引信机构学[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[3] 陈庆生.引信设计原理[M].北京：国防工业出版社，1986.

[4] 彭学伦.水下爆破切割装置研究[J].海洋技术,2005.24(2):10-14.

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[8] 南长江.鱼雷引信用水压保险机构弹性元件设计方法[J].鱼雷技术,1998(2):50-54.

[9] 张红.国外深水炸弹[J].水雷战与舰船防护,1996(7):15-20.

[10]张世林； 阮晓亮.攻角对一种深水炸弹入水散布特性的影响[J].四川兵工学报,2015,35(11):40-45.

(责任编辑周江川)

Design of New Type of Depth Bomb Fuze Arming Mechanism

HUANG De-yu1, ZHANG Shi-lin2

(1.The No. 95874thTroop of PLA, Nanjing 210022, China; 2.CSIC-710, Yichang 443000, China)

In order to meet the safe and reliable contact safety of deep water bomb fuze in deep water, a new type of multiple fuze safety mechanism was designed. The function of specific release of insurance, auxiliary limit insurance and supplementary insurance were contained in this mechanism. Launch insurance cuts shear pin to lift the bomb insurance by gravity bomb;Limit insurance move the hydraulic mechanism arming by the utilization of water pressure; Auxiliary insurance ensures the safety of processing in normal working condition. The reliability of the multiple insurance was verified by the test. The results show that the mechanism for deep fuze safety and reliability is feasible.

fuze； insurance mechanism；arming; experiment analysis

2016-06-15；

2016-08-30

黄德雨(1984—)，男，助理工程师，主要从事弹箭远程与高效毁伤研究。

10.11809/scbgxb2017.01.012

黄德雨，张世林.一种新型深水炸弹引信解除保险机构设计[J].兵器装备工程学报，2017(1):47-50.

format:HUANG De-yu, ZHANG Shi-lin.Design of New Type of Depth Bomb Fuze Arming Mechanism [J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):47-50.

TJ410

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