集束子弹药引信独立自毁自失效设计方法

2018-08-31赵玉清孙良成李建强靳朝阳

兵器装备工程学报 2018年12期

赵玉清，孙良成，李建强，靳朝阳

(豫西工业集团有限公司，河南南阳 473000)

集束弹药，也称子母弹，具有瞬时火力密集、覆盖面积广、杀伤与摧毁效能大等特点。在作战中具有很强杀伤力的同时，也存在巨大的隐患，即集束弹药战后遗留在战场上的大量未爆弹药造成人道主义伤害。因此，降低集束弹药未爆弹率成为目前国际社会关注的热点。

文献[1]介绍了集束弹药的相关定义，国外对集束弹药限制条款的应对措施及子弹药“三自”技术发展趋势；文献[2]分析了集束弹药公约情况及美国ATK公司火药自毁子弹引信(SDF),具有自毁自失效功能，未爆弹率1/100；文献[3]研究了集束子弹药“三自”组合设计方法；文献[4]披露了降低集束子弹药未爆弹率可采用的技术路线。

以上文献针对集束子弹药机械引信的自毁自失效进行了分析，但其自毁自失效机构在解除保险启动激励环节都与主发火机构或隔爆机构存在直接或间接的耦合关系，虽然在“集束弹药议定书(草案)”中尚没有要求自毁机构解除保险与引信发火机构解除保险各自独立，但若隔爆机构没有解除保险则引信瞎火。本文针对上述问题，提出了集束子弹药引信独立自毁自失效设计方法。

1 集束子弹药引信自毁自失效国外研究现状

1.1 自毁自失效内涵与外延

在联合国《特定常规武器公约》(CCW)集束弹药的谈判案文[5]中,自毁自失效有关定义为：

“自毁装置”是指除弹药主引爆装置之外的一种内置或外附的自动作用机构,以确保内置或外附这种机构的弹药实现炸毁。

“自失效装置”是指一种内置的自动作用机构,以使内置此机构的弹药无法起作用。

自毁装置的发火机理不同于主发火机构，自毁装置的启动激励与目标(区)无关，激励应来源于子弹药抛撒或/和飞行环境[6]；自毁提高了引信综合作用率，降低了未爆弹率；自毁最终引爆主装药；自毁作用率纳入考核指标。

自失效是对自毁装置失效时的补充，可以通过起爆引信敏感火工品来实现；自失效并未降低未爆弹率，只是降低了未爆弹的危害程度，减少了人道主义伤害；自失效只起爆引信敏感火工品，不引爆主装药；自失效只作为一种特征存在，不纳入考核指标。

1.2 国外研究现状

美国为达到国防部要求,减少未爆弹药,对配用于 M915(105 mm) 、M483A1 (155 mm) 、M864 (155 mm) 和多管火箭炮的M80 、M42(155 mm)、M46(155 mm)和M77(GMLRS)子弹引信进行改进设计,其中部分方案就是在M223引信的基础上增加一套独立的火药定时自毁机构形成XM1160、XM1161和XM1162子弹药火药自毁引信系列[7]。

目前国外具有代表性的产品有以色列的M85子弹药引信，美国ATK公司开发的XM242火药自毁子弹引信和应用于GMLRS多管火箭弹的火药定时自毁子弹引信。

1) M85火药自毁子弹引信

子弹药引信作用原理：子弹药按预定数量串装在母弹中；母弹抛撒子弹药后，由于高速旋转，离心子在离心力作用下克服弹簧的抗力解除对滑块的离心保险；同时在空气动力作用下，飘带夹脱落，飘带打开，子弹药稳定飞行；在极阻尼力矩作用下，飘带带动击针相对惯性体旋转，从而解除对滑块的保险，滑块移动到位；减速翼打开；滑块运动到位后，自毁锤击发延期管，若子弹药未正常发火，在延时一定时间后起爆主雷管，子弹药自毁。M85子弹引信结构示意图如图1。

设计分析：M85火药自毁子弹引信的自毁机构和引信的隔爆机构共用一套保险机构——主击针和离心子组成的冗余保险机构。优点是结构简单，缺点是作用可靠性差，如果保险机构没有解除保险，主发火机构和自毁机构均不发生作用，也没有自失效功能。

2) XM242火药自毁子弹引信

XM242火药自毁子弹引信是以M85子弹为基型，改进型M42或M46(配用于155mm M864E2)子弹[8]。

XM242火药自毁子弹引信作用原理：子弹药在装填前去掉安全夹，按预定数量串装在母弹中；子弹药被抛出后，滑块的限位保险被解除，离心子在离心力作用下克服弹簧的抗力解除对滑块的离心保险，飘带在空气动力作用下展开。由于飘带与子弹存在旋转速率差，击针在飘带带动下旋转，击针旋出后解除对滑块的主保险；自毁击针制动块在离心力作用下飞出。自毁击针绕轴旋转，刺发火帽点燃延期药，自毁自失效装置启动：若滑块正常解除保险，但主发火未能正常发火，经一定延时，延期药引爆次雷管、起爆主雷管，集束子弹药自毁[9]。若自毁失效，则经一定延时，延期药引爆次雷管、起爆主雷管，引信自失效。XM242子弹引信结构示意图如图2。

设计分析：XM242子弹引信的自毁机构和引信的隔爆机构共用一套主击针保险机构。优点是结构简单，缺点是作用可靠性差，如果主击针保险机构没有解除保险，则主发火机构和自毁机构均不作用。若自毁失效，则经一定延时，延期药引爆次雷管、起爆主雷管，引信自失效。

3) 美国用于GMLRS多管火箭弹的火药定时自毁子弹引信SDF

子弹引信作用原理：子弹药按预定数量串装在母弹中，母弹抛撒子弹药后，飘带展开，固定在飘带上的锁销从滑块中拔出，滑块被释放，滑块上的击针刺发延期索，自毁装置启动；滑块移动过程中解除对转子的第一道保险。飘带带动击针旋转，旋出后释放转子，引信解除第二道保险，转子转正处于待发状态。碰目标时，击针刺发雷管，起爆子弹药；若未正常起爆，则延期索起爆雷管，子弹自毁；若转子未转正，组合延期索延时一定时间后起爆雷管，子弹引信自失效[10]。用于GMLRS多管火箭弹的火药定时自毁子弹引信结构爆炸图如图3。

设计分析：美国用于GMLRS多管火箭弹的火药定时自毁子弹引信自毁机构的保险机构是独立的，但是，这个保险的可靠性差，飘带散开就可能解除保险。如果击针没有解除保险或转子没有转正，通过自毁机构可以起爆雷管，实现自失效(由于转子未转正，所以雷管未到位，不能起爆子弹药)。缺点是如果锁销不解除保险则引信瞎火，不能自毁、自失效。

2 设计原理及特性分析

2.1 设计原理

为了提高引信综合发火率，提出了高作用可靠性、小体积独立自毁自失效设计方法，其结构原理框图如图4。

其工作原理如下：平时，隔爆件分别被极阻尼保险机构的击针(兼惯性发火机构)和惯性保险销锁定在隔爆位置，自毁自失效机构的击针被其保险机构锁定在保险状态，处于安全状态；发射时，惯性保险销解除保险。母弹开舱时，自毁自失效机构解除保险，同时，自毁自失效机构的击针刺向延期索，自毁延期开始计时。母弹抛撒后，隔爆件的限位保险解除，飘带在空气动力作用下展开，由于飘带与子弹存在旋转速率差，击针在飘带带动下旋转，击针旋出后解除隔爆机构的第二道保险。隔爆件运动到待发位置。子弹碰目标，惯性发火机构的击针刺发主雷管，引爆子弹；若惯性发火机构的击针未正常刺发主雷管，则自毁时间到后，自毁自失效机构的雷管引爆主雷管，实现引信自毁；若隔爆机构的隔爆件未运动到位，自毁自失效机构的雷管也引爆主雷管，实现引信自失效。若自毁自失效机构在开舱时未正常刺发延期索，子弹碰目标时，自毁自失效机构的击针继续刺发延期索，经一定自毁时间后，子弹自毁。

设计分析：子弹引信的自毁自失效机构的保险机构是独立的。引信隔爆机构的保险机构不解除保险，或隔爆件不能运动到位，不影响自毁自失效机构作用，引信具有两套独立的发火机构，并且，自毁自失效机构的发火能量来自开舱的环境能，开舱刺发失效时，利用碰目标的能量继续刺发，自毁机构使用了冗余的发火能量，并且，自毁机构的启动不依赖目标，其优点是引信作用可靠性高。引信的保险机构和发火机构均利用环境能，没有用内储能，自然满足了“自失能”的要求。引信全寿命周期的安全性好，有效避免了子弹引信研制、装配、试验过程中的伤人事故，提高了部队使用的安全性。

通过机械的方法实现了子弹药的“自毁”、“自失效”和“自失能”的三自功能。其结构工艺性好，适合大批量生产，它的成本只有同类电引信的三分之一。

利用一个机构多种用途的设计，在引信体积不变的情况下较好的实现了上述功能。如极阻尼保险机构又是惯性发火机构；自毁机构又是自失效机构并共用一个保险机构；自毁自失效机构的发火机构与保险机构采用嵌套式设计，从而减小了体积。

该设计方法的解除保险及启动激励独立于发火机构和隔离机构，具有结构简单、作用可靠性高、安全性高、体积小，效费比高等优点。

2.2 目标应力特性分析

破甲、杀伤双用途子弹引信一般采用惯性触发发火机构。子弹引信目标通常有两大类型，一种是硬目标(装甲目标等)，另一种是软目标(杂草、灌木、沙土、雪地、水塘、水面、丛林、松土、沼泽、沙漠，大着角)，两种目标抗力特性有很大区别，碰击硬目标时，惯性发火机构的击针部件瞬时受到足易使雷管爆炸的能量；碰击软目标，力的作用时间较长，击针部件受到的惯性力较小，不易满足针刺雷管的发火能量要求。特别是在子弹落姿不正的情况下，引信瞎火率高。因此，主发火机构解决了对目标的毁伤功能，不依赖目标发火的子弹自毁机构解决了子弹落姿不正或子弹落入软介质主发火机构瞎火率高的技术问题[11]。

2.3 可靠性分析

子弹药引信综合作用率是集束子弹药一项很重要的指标。在国际军控背景严峻形势下，已经成为子弹药技术发展的首要问题。根据子弹药引信综合作用率表示式：P=1-(1-P1)(1-P2)，其中P为子弹药引信综合作用率，P1为子弹药引信主发火率，P2为子弹药引信自毁作用率。此表示式在提高子弹药引信综合作用率方面有两层含义，一层是提高子弹药引信主发火率，二是提高子弹药引信自毁作用率。主发火技术成熟，再提升空间不大，效果甚微。而在原有子弹药引信基础上增加或改进自毁机构以提高自毁作用率，从而提高综合作用率，其技术提升空间大，效果显著。因此，结构设计上，着力解决发火能源，以高可靠自毁/自失效弥补引信主发火率的不足。表1为典型集束子弹药自毁自失效引信的作用率统计值，三种引信配用的子弹未爆弹率都不超过1%。