解除保险即起爆的炮口保险距离测试方法

齐晓红

(西安机电信息研究所,陕西西安 710065)

0 引言

炮口保险距离和可靠解除保险距离这两项指标是衡量引信安全性和可靠性的重要指标[1],对于触发引信,GJB573A-98方法402给出了炮弹引信解除保险距离试验测试方法[2],目前一般采用碰靶考核方法来进行。而对无触发机构引信,一般采用遥测或其他方法来测试[3-4]。由于遥测设备所需空间比引信的电子机芯(尤其是小口径引信)要大,且所需电源功率也较大,通常需要对引信进行改装设计,对于一些体积较小的引信来说,甚至要对战斗部进行改装才能实现测试,并且需要遥测专业人员来测试,因此所需的成本大,周期相对较长。为此提出解除保险即起爆的延期解除保险距离测试方法。

1 测试原理

测试引信炮口保险距离的目的是测试引信解除保险时弹丸距离炮口的距离,通常要求该距离大于引信的炮口保险距离(保险距离下限)小于等于引信的解除保险距离(保险距离上限),为了能像触发引信一样直观地显示引信的解保情况,在不影响隔爆机构解保时序和解保作用的前提下,对引信的隔爆机构进行改装设计(采用遥测和其他方法测试时也需要进行隔爆机构改装工作),在隔爆机构内加装一个开关,该开关能准确反映引信的保险解脱状态。当隔爆机构没有完全解除保险时,开关开路;当隔爆机构完全解除保险时(隔离盘转正),开关闭合。也可将开关状态与保险解脱状态反过来对应,主要是根据不同的隔爆机构的结构特点来定。低功耗发火控制电路以隔爆机构中加装的开关作为触发开关,控制弹丸起爆,采用测距雷达或高速录像设备,测试炸点到炮口的距离。测试原理框图见图1,隔爆机构内部加装的开关敏感到引信解除保险时,将发送解保信号给低功耗发火控制电路,控制弹丸起爆。测试方案见图2,用测距雷达和高速录像机测量出弹丸起爆点到炮口的距离,既解除保险距离。考虑到试验的安全性,试验时战斗部装药改为指示药剂,若为子母战斗部,所装子弹为配重子弹。

图1 测试原理框图Fig.1 Test concept block

图2 测试方案示意图Fig.2 Test scheme pictorial

2 低功耗发火控制电路原理

低功耗发火控制电路的特点是功耗低、体积小,仅需发射前对其内部储能电容进行充电,即可工作,而不需要引信提供电源,仅占引信电子机芯的空间就够了,不需要改变引信总体结构和质心,操作起来简单。低功耗发火控制电路图如图3所示。电路采用CMOS电路作为控制芯片,功耗低,充电后工作时间可达100 s以上,满足一般引信解保距离所需时间的要求。其工作原理是发射前用装定器(或稳压电源)对发火控制电路的引出端进行5 s充电,充电电压的高低可根据原引信的执行级电路所要求的电压高低而定,一般在6～18 V之间,能够满足常规引信的执行级电路的能量需求。C为储能电容,作为发火控制电路和引信执行级电路的电源,R2、C2为触发器的清零电路,C1为去扰电容。K为能够反映隔爆机构解保状态的短路开关,未解保时开关开路,保险完全解除时开关闭合。当开关K闭合时,触发器会输出高电平驱动引信执行级电路输出点火信号给传火(传爆)序列的首发火工品,起爆弹丸,显示隔爆机构已经解除保险。

图3 低功耗发火控制电路图Fig.3 Low power firing control circuit diagram

低功耗发火控制电路所采用的元器件除储能电容外,均为表贴器件,所占空间很小,可与引信执行级电路一起灌封在引信的电子机芯内,无需改变引信内部结构设计。即使是在口径很小的引信上应用,由于该电路不需要弹上电源,储能电容只需占用引信的电源空间就可以了。如果对电路输入口进行扩展设计,甚至可以应用到感应装定的引信上。

3 测试数据处理

任何测试总不可避免存在误差,此误差具有随机性,并且符合一定的统计规律,实践证明,只要能进行充分的、大量的、足够精确的试验和观察,所遇到的随机变量的分布大多趋于正态分布[5],因此测试引信解保距离的测试数据也应符合正态分布。

测试引信解除保险距离试验属外场试验,相对于实验室试验其试验耗费较大,因此试验样本有限,需根据有限试验样本数据来分析推断引信解除保险距离所在的区间,并与引信的保险距离和可靠解除保险距离指标相比较,判别指标的满足情况。

假设试验样本量为n,所测得的解保距离数据为 x1、x2,…,xn,则:

由贝塞尔公式可知标准差计算公式[4]如下:

在工程技术中,特别是在测量技术中,一般取极差Δ=3σ,此时所对应的置信概率为99.73%,也就是说测量值99.73%落在(x-3σ,x+3σ)区间范围内,其中x为测试真值,由于真值无法获得,一般以¯x来代替[4]。通过比较(¯x-3σ,¯x+3σ)与引信的保险距离和解保距离的指标范围,推断出引信的保险距离和解保距离是否满足指标要求,达到考核引信的目的。

4 验证试验

在一电子时间引信采用上述方法进行了保险与解除保险距离试验。图4、图5为隔爆机构改装示意图,图中取解除保险信号的导电环,相当于一开关,在未完全解保时,该导电环与隔离盘不导通,如图4所示。当保险解除隔离盘转正时,该导电环与隔离盘导通,如图5所示。

发射前,采用装定器(也可用稳压电源)给低功耗发火控制电路充电5 s,充电电压为8 V,然后发射,并采用雷达及高速录像测试弹丸开舱点到炮口的距离。测试数据见表1。

图4 处于保险位置隔离盘示意图Fig.4 Interrupter device-safe position

图5 处于解保位置隔离盘示意图Fig.5 Interrupter device-arming position t

表1 引信解除保险距离测试结果Tab.1 Test results of arming distance

根据式(1)—式(3)计算得:

由此可以推算出99.73%测试数据在(138.91 m,342.75 m)范围内,而本引信技术指标为保险距离为大于等于100 m,可靠解除保险距离为小于等于350 m,由此可以推断出本引信的隔爆机构的保险距离和解除保险距离设计满足指标要求。

5 结论

采用解除保险即起爆的延期解除保险距离测试方法,与其他方法相比,具有引信结构改动小,节省试验费用,操作简单等特点。所需外部测试设备均为目前靶场测试的通用设备,适用于有装定接口的无触发机构引信。验证试验表明该方法直观可行,为无触发机构引信测试炮口保险距离提供了一种可供参考的新途径。

[1]GJB/Z135-2002引信工程设计手册[S].北京:总装备部军标出版发行部,2002.

[2]GJB573A-98引信环境与性能试验方法[S].北京:总装备部军标出版发行部,1998.

[3]吴晓颖,张万君,杜恩祥,等.基于电磁感应的线圈靶引信保险距离试验方法[J].探测与控制学报,2009,31(3):31-34.WU Xiaoying,ZHANG Wanjun,DU Enxiang,et al.Fuze safety distance testing method based on electromagnetic induction of coil target[J].Journal of Detection&Control,2009,31(3):31-34.

[4]李豪杰,张河.迫弹出炮口信号检测及其在引信中的应用[J].探测与控制学报,2004,26(4):5-8.LI Haojie,ZHANG He.The measurement of muzzle-exit signals of mortar projectile and its application in fuze[J].Journal of Detection&Control,2004,26(4):5-8.

[5]彭长清.误差与回归[M].北京:兵器工业出版社,1991.