定向战斗部直列式多点起爆系统设计

1定向战斗部直列式多点起爆系统设计韩克华，任西，张玉若，秦国圣，褚恩义（陕西应用物理化学研究所应用物理化学国家级重点实验室，西安710061）摘要：文中提出了用于定向战斗部的直列式多点起爆系统设计方法，该设计方法使用了多点冲击片雷管作为起爆源，解决了定向战斗部由于常规雷管的大量使用而导致武器系统安全性、可靠性的下降，以及在实际使用中爆炸逻辑网络传爆序列的能量匹配问题、传爆线路可靠性等较难控制的问题。试验结果表明，直列式多点定向起爆系统能实现定向起爆的功能，多点起爆同步性较好，满足定向战斗部的战术性能指标。关键词：定向战斗部；直列式；冲击片雷管；多点起爆；同步性引言定向战斗部是对付空中目标及地面轻型装置等目标的重要手段，理论和实践已经证明，有效集中控制定向战斗部起爆后的破片可以大幅度提高对空中目标的毁伤效果［1－3］。自20世纪60年代以来，世界各国（特别是美、英）一直在探讨、研究定向引爆系统，起初的定向起爆系统大量采用常规火工品作为始起初的定向起爆系统大量采用常规火工品作为始发元件［4－6］。由于使用了大量的常规火工品，这些火工品需要具有独立的机械保险装置，这不仅降低了战斗部的安全性和可靠性，而且增加了战斗部的重量和体积。到了20世纪80年代，随着新型火工品冲击片雷管（explodingfoilinitiator，EFI）的发展成熟［7－8］，美国波音公司的EarlE．Wilhelm对两端起爆的战斗部结构进行了改进，并使用了无保险装置的冲击片雷管［9］。在2005年第49届美国引信年会上，美国空军研究实验室在《美国空军引信技术概述》（airforcefuzetechnologyoverview）一文中报道了采用冲击片雷管作为定向起爆系统的先进起爆技术［10］。目前国内定向战斗部采用的是常规雷管起爆阵列和爆炸逻辑网络作为定向起爆系统［11－13］，爆炸逻辑网络多点起爆系统由于常规雷管的大量使用导致武器系统安全性、可靠性的下降，以及在实际使用中爆炸逻辑网络传爆序列的能量匹配问题、传爆线路可靠性等问题较难控制。文中针对此问题，设计2了用于定向战斗部的冲击片雷管直列式多点起爆系统。1定向多点起爆系统定向战斗部作用原理是通过对炸药装药实施控制起爆或定向转动，使战斗部杀伤破片朝着指定的目标方向集中飞散，以增大目标方向上的破片分布密度提高破片杀伤战斗部增益，进而有效提高战斗部的杀伤威力。偏心起爆式战斗部是定向战斗部的一种结构形式，适当选择起爆方式和控制爆轰波形状，可实现对破片飞散的控制，既能提高定向方向的破片初速又能增多破片数。文献［14］中报道了战斗部多点偏轴心起爆能显著增加定向方向的破片初速及破片数，文献［15］中报道了多点同步起爆有利于定向战斗部的破片密度和速度提高，同时应尽量控制起爆时间差，保证同步起爆。定向战斗部采用多点起爆方式，一般沿战斗部径向设置4～8个起爆点，根据遭遇时导弹与目标的相对位置控制相应的起爆点起爆战斗部，使破片飞散方向对向目标。文献［2］报道了定向战斗部周向上设置的起爆点数量越多，对于破片飞散方位的控制越准确，由于考虑到战斗部直径尺寸、成本、控制难易程度、工艺复杂程度及轴向展开控制效果等问题，以设置6～8个起爆点较合适。文献［10］中报道的分布于战斗部侧面的六列冲击片雷管既能够采用顺序依次起爆的方式，可以控制战斗部爆炸后破片飞散的方位角；也能够采用几列雷管同步起爆的方式，可控制战斗部爆炸后破片集中向弹体的某一侧向飞散，每列雷管由触发电路控制起爆，可根据目标信息的需要设定起爆方式。定向战斗部直列式多点起爆系统设计用于定向战斗部的冲击片雷管多点起爆系统主要由电子安全与解除保险装置（electronicsafetyandarmingdevices，ESAD）、冲击片雷管、同步起爆网络组件等组成。当导弹进入目标区后，制3导系统输出的环境信息促使电子安全与解除保险装置（ESAD）完全解除保险，引信处于待发状态，目标探测器将探测到的目标方位及距离信息提供给数据处理中心，确定起爆方式输出起爆指令，起爆冲击片雷管，通过爆炸同步网络将爆轰信号传输到战斗部，适时起爆战斗部。系统采用冲击片雷管作为起爆元件，与导爆索一入二出爆炸同步网络构成传爆序列，系统框图如图1所示。图1冲击片雷管多点起爆系统框图通过对定向战斗部方位起爆对破片飞散方向的控制进行调研分析，系统设计可将8个冲击片雷管均布于导弹战斗部顶端的圆周上，其输入端与8个高压起爆电路的输出端一一对应相接，8个一入二出导爆索组成的爆炸同步网络均匀布置在导弹战斗部侧向的母线上，且其输入端与所述的8个冲击片雷管底部一一对应相接，输出端则埋入导弹定向战斗部的主装药中，冲击片雷管多点起爆系统在定向战斗部的分布结构示意图如图2所示。图2冲击片雷管多点起爆系统分布示意图利用冲击片雷管作为各方位起爆源，用一入二出爆炸同步网络作为多点同步起爆输出，可以根据起爆要求，按照不同方位角度的起爆效果不同［3］，进行适时选择起爆。直列式多点定向起爆系统可以实现定向邻位两点、间位两点，邻位三点以及中心多点同步起爆功能，在实现中心起爆功能时，无需设置单独的中心起爆点，只需将均布于战斗部顶端面周边的冲击片雷管按照等腰三角形的三点同时起爆，通过同步起爆网络的传爆，可以实现中心起爆功能。爆炸同步网络采用微型导爆索形成的网络传爆通道，冲击片雷管的起爆信号沿网络通道传递，形成多点输出，最终起爆整个战斗部。一入二出爆炸同步网络结构简单，控制起爆的同步时间精度高，制作技术比较成熟，对于功能复杂的爆炸网络优势尤其明显。3定向多点起爆系统测试结果3．1定向起4爆系统功能测试多点定向起爆系统主要根据制导信息，实现定向战斗部的邻位多点同步起爆功能，间位多点同步起爆功能，中心起爆功能等。多点定向起爆系统起爆功能测试波形如图3、图4所示。在图3中示波器所测试的为相邻两点同步起爆功能，示波器测试端检测高压起爆单元的高压检测端，在系统完全解保后高压起爆单元升压，在起爆指令到达后，高压起爆单元对等效负载进行放电，如图3所示，高压检测波形有明显的下降尖脉冲，从波形可以看出，相邻两点的起爆同步性较为一致。在直列式多点起爆系统设计结束后，为了验证是否能满足以上定向多点同步起爆功能，可以利用直列式多点起爆系统对短路负载进行放电测试，检测方位多点或者间位多点放电波形，不仅可以直观的验证其定向起爆功能，并且可以检测定向起爆系统的同步性。按照美军标MIL-DTL-23659D［16］中对高压起爆单元规定，等效负载测试放电回路电流应包含至少5个等间隔减幅振荡电流，按照此方法对相间两点同步起爆功能进行测试，测试波形如图4所示。从图4可以看出，间位两点放电电流波形满足文献［16］的要求，其中该间位两点放电电流峰值一致，放电波形周期一致，同步性较好。图3邻位两点起爆功能测试图图4间位两点放电回路电流波形图3．2定向起爆系统多点起爆同步性测试为了检测定向起爆系统多点起爆同步性，实现定向起爆功能，对多点定向起爆系统进行了多点起爆同步性测试。冲击片雷管作为每个方位起爆点的起爆图5冲击片雷管多点同步网络源，每个冲击片雷管后接入一入二出同步起爆网络，可以实现某方位多点同步起爆输出，冲击片雷管与一入二出同步起爆网络实物如图5所示。如图5所示，分别在同步起爆网络的输出起爆点端面接入测试探针，当爆轰波传到同步起爆网络输出起爆点端面时，测试探针将爆轰波信号5转换为电信号输入到示波器，由示波器记录同步起爆网络起爆点作用的同步性信号。同步性测试波形如图6所示。直列式多点定向起爆系统功能测试以及多点同步性测试数据如表1所示。图6四点爆炸输出同步性测试波形从表1试验数据可以看出，邻位或者间位两点起表1同步性测试数据起爆模式起爆方位点4点输出同步性/ns起爆模式起爆方位点6点输出同步性/ns相邻两点方位1，2132方位2，3123方位3，4104方位4，5146方位5，6127方位6，7107方位7，8116方位8，198相邻三点方位1，2，3232方位2，3，4223方位3，4，5204方位4，5，6246方位5，6，7227方位6，7，8207方位7，8，1216方位8，1，2198相间两点方位1，3141方位2，4127方位3，5136方位4，689方位5，7112方位6，8129方位7，1121方位8，2101中心方位1，4，7241方位2，5，8227方位3，6，1236方位4，7，2189方位5，8，3212方位6，1，4229方位7，2，5221方位8，3，6201爆时，两发冲击片雷管作用，通过两条爆炸同步网络传爆，四点爆炸输出的同步性最小时间为89ns，最大为146ns，相邻三点，中心起爆时，三发冲击片雷管作用，通过三条爆炸同步网络传爆，六点爆炸输出的同步性最小时间为189ns，最大为246ns，由以上试验结果可以得出，六点爆炸输出同步时间差较长，四点爆炸输出同步性比六点爆炸输出同步性较为一致，造成这同步性时间误差的原因主要是起爆电路器件的导通时间，冲击片雷管的作用时间散布以及爆炸同步网络作用时间的散布。4结论文中提出了用于定向战斗部的直列式多点起爆系统设计方法，该设计方法使用了多点冲击片雷管作为起爆源，解决了定向战斗部由于常规雷管的大量使用而导致武器系统安全性、可靠性的下降，以及在实际使用中爆炸逻辑网络传爆序列的能量匹配问题、传爆线路可6靠性等较难控制的问题。试验结果表明，直列式多点定向起爆系统能实现定向起爆的功能，多点起爆同步性较好，满足定向战斗部的战术性能指标。