基于直列式引信的水雷独立自毁装置设计∗

2020-09-28

舰船电子工程 2020年7期

（海军工程大学兵器工程学院武汉 430033）

1 引言

水雷是一种具有战略意义的水中兵器，在历次海战中发挥了重要作用，它具有长期潜伏，破坏威力巨大、易布难扫等特点，是未来海战中不可或缺的水中利器［1～3］。

随着军事训练和演练任务日趋增多，水雷的安全性和可靠性日益受到部队指战员的关注。由于水雷潜伏时间长、破坏威力大的特点，如何提高水雷在训练中的安全性，是水雷战部队在进行训练方案制定时必须要考虑的问题。

水雷的自毁技术［4～5］主要通过两种方式：自沉或自炸，即破环装备的关键器件或起爆主装药。破坏装备关键器件是指水雷在接收到自毁沉雷指令后，安装在雷壳上的沉雷器动作，使壳体出现缺口，水雷进水沉入海底。起爆主装药则是指水雷在接收到自炸指令后，由起爆装置引爆主装药，使水雷炸毁。无论是自沉还是自炸，水雷的自毁都受到水雷本身功能影响。当水雷本身控制出现故障，无法正常上电，不能接收自毁指令或无法正常工作时，水雷的自毁模块也会随之无法工作，此时水雷布放区域存在的安全隐患是极大的。

现根据我国《引信电子安全与解保装置设计准则》［6］相关要求，参考美国的《引信安全性设计准则》［7］、《安全与解除保险装置设计原理》［8］，提出一种在水雷上加装独立自毁起爆装置的设计方案。

2 自毁装置总体设计

直列式引信是集高能起爆技术与微电子技术于一体的高新技术，从根本上改变了引信的隔离设计思想［9～10］。相对传统引信，自毁装置采用直列式引信设计，有效提高了自毁装置的安全性。直列式起爆装置［11］的原理结构图如图1所示。

图1 直列式起爆装置的原理结构图

根据GJB6456-2008相关规定及参考了MIL-STD-1316E中相关准则以及直列式起爆装置原理，自毁装置由传感器模块及电子保险逻辑模块、高压起爆模块、冲击片雷管、聚能传爆管等组成。如图2所示。

图2 安全自毁装置系统框图

为了自毁装置能源独立，自毁装置带有独立电源组件，为整个装置提供电力支援。自毁装置采取“阈值+时间窗+顺序”的原则对传感器接收的环境激励进行识别，根据预设值，判断接收到的各种环境信号是否满足预设条件，然后逐级解除保险。为确保装置不会意外解除保险，自毁装置设定了非常严格的电子保险解保控制逻辑，一旦出现异常，装置不能解除保险。自毁装置就会转入预设自毁状态。高压起爆电容被充电，起爆电路接收到起爆指令，电路导通工作，高压起爆电容器通过高压开关快速向冲击片雷管放出数千安培的大电流，起爆冲击片雷管，进而起爆主装药［12］。

3 自毁装置硬件设计

本文提出了一种基于直列式引信，STM32L151C8T6为核心控制芯片的水下独立自毁装置设计方案。为了延长自毁装置的工作周期，控制系统采用STM32，STM32具有带唤醒功能的低功耗模式，单片机功耗在1mA以内，STM32的低功耗的优点有效地解决自毁装置较长工作周期的功耗问题。自毁装置包括电源模块，时钟电路，控制电路，姿态传感器、CPLD（复杂可编程逻辑芯片）等。装置结构框图如图3所示。

图3 装置结构框图

图4为电源电路，电源电路采用稳压源为装置供电，HT7533属于高电流低稳压器，输出电流为100mA，输出最高电压不超过24V，3V～5V的多个固定输出电压内均可使用，确保低压降和低静态电流。而XC6206是一种高精度，低功耗的高压调整器芯片，采用CMOS工艺和激光微调技术，在输出电流较大的情况下，也能保证输入输出的压差较小，完全能满足自毁装置的使用要求。

图4 电源电路

图5为时钟电路，是保证装置能够工作的前提。22M晶振为装置提供时钟，同时100K时钟产生的是正弦波，通过反向器变成100K的方波，为CPLD的充电信号的一个判定条件。

图5 时钟电路

图6为装置控制电路，P1对外连接起爆电路，为了防止SW误动作，SW1分别由SW1p和SW1n同时控制，SW2分别由SW2n和SW2p同时控制。当SW1p和SW1n同时接收到正确触发信号，第一道保险解除，SW1导通，第二道保险解除同理。SW1和SW2导通后，SWD控制起爆电路充电，起爆信号过来的时候起爆电路起爆主装药。