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导弹是载有战斗部,依靠自身动力装置推进,由制导系统导引、控制其飞行轨迹,并导向目标的飞行器。导弹依靠火箭发动机推进,也可由空气喷气发动机或组合型发动机提供飞行动力。
最早投入作战使用的导弹,主要有第二次世界大战后期德国研制的V-1飞航式导弹(图1-1)和V-2弹道式导弹(图1-2)。V-1导弹以喷气发动机为动力,采用简易制导系统,由自主式磁性陀螺和机械装置对飞行高度、状态和弹道进行控制.
V-2导弹装有单级液体火箭发动机,采用无线电遥控制导方式。
从20世纪50年代初开始,导弹进入了快速发展期,导弹武器的型号、数量及生产规模均有很大的发展和变化。美国着重发展洲际弹道导弹,并在潜射弹道导弹方面领先,主要型号有“红石”(1950年)、“大力神”(1955年)、“民兵”(1958年)弹道导弹,以及“北极星A1”(1952年)、“北极星A2”(1958年)潜地战略导弹等。俄罗斯除发展弹道导弹外,也比较重视反舰导弹的研究,是这一时期拥有反舰导弹型号和装备数量最多的国家。弹道导弹主要型号有“飞毛腿”(1950年)战术地地弹道导弹、“短剑”(1958年)战略弹道导弹,反舰导弹主要型号有“狗窝”(1950年)空舰导弹、“沙道克A”(1951年)潜舰导弹、“冥河”(1959年)舰舰导弹等。
进入20世纪60年代,由于科学技术的发展和战场条件的变化,导弹进入了改进性能、提高质量发展时期。特别是1967年第三次中东战争中,埃及用苏制“冥河”导弹一举击沉以色列“埃拉特”号驱逐舰后,反导技术得到发展,反舰导弹武器研制重点则转向如何改进突防能力和提高生存力上。这一时期各类导弹均进行了多次改型,性能均有明显提高。
70年代以来,随着先进的设计思想及科学技术的广泛应用,导弹武器步入了全面更新时期,各类新型号导弹不断推出,如弹道导弹中的“SS-20”“潘兴”“MX”等;巡航导弹中的“AGM-86B”和“战斧”系列;防空导弹中的“罗兰特”“响尾蛇”“爱国者”“标准”等;空空导弹中的“不死鸟”“魔术R550”;反舰导弹中的“飞鱼”系列和“捕鲸叉”系列;反坦克导弹中的“海尔法”等。飞鱼(Exocet)MM38反舰导弹如图1-3所示。
1—主动雷达导引头;2—制导计算机;3—高度表;4—垂直陀螺;5—战斗部;6—主发动机;7—助推器;8—热电池;9—航向陀螺;10—高度表发射天线;11—高度表接收天线;12—引爆装置;13—保险机构和引火装置;14—自毁断裂索;15—弹翼;16—发动机点火机构;17—主发动机的长喷管;18—变流机;19—自毁控制设备;20—助推器喷管;21—舵机;22—尾翼;23—自毁监控陀螺。
在现代战争中,导弹武器越来越发挥着重要作用。从20世纪60年代的越南战争,80年代的英阿马岛战争,90年代的海湾战争,到现在的叙利亚战争,都一再说明,在现代常规战争中,导弹已成为左右战场形势、决定战争胜负的一个重要因素。
导弹是一种飞行武器,虽然各类导弹作战用途不尽相同,却有着基本一致的结构和组成部分,主要由弹体、制导、推进、战斗部和电气5个分系统组成。
1.弹体
弹体即导弹的主体,是由舱段、空气动力面及弹上机构连接而成的。弹体是外力的主要承受者,它的功能是使导弹的各部分组合成一个整体,并使导弹形成良好的气动外形。
舱段连接成的主体称为弹身,其功用是安装战斗部、制导设备、动力装置及电气设备等,并将弹翼、舵面等部件连成一个整体。弹身是导弹的最主要的受力和承力部件。
空气动力面包括产生推力的弹翼、产生操纵力的舵面及保证稳定飞行的安定面(尾翼)。由于弹道式导弹的弹道大部分在大气层外,一般不需要弹翼或根本没有空气动力面。
2.制导系统
导弹的制导系统是导引和控制导弹飞向目标的仪器、装置和设备的总称,主要由导引系统和控制系统两部分组成。导引系统用于测量导弹和目标运动参数(如导弹运动方位、导弹和目标的相对距离、目标的运动参数等),产生导弹飞行控制指令;控制系统则用于操纵导弹改变飞行姿态,控制导弹按要求的方向和弹道飞向目标。
3.推进系统
推进系统,又称为动力装置,用于为导弹发射和飞行提供推动力。常用的动力装置主要有火箭发动机(固体、液体发动机)、空气喷气发动机(涡轮喷气、涡扇喷气、冲压喷气发动机)、火箭冲压发动机及其他组合式发动机等。
推进系统又有助推器和主发动机之分。助推器用来使导弹在发射后快速获得较大速度,多采用固体火箭发动机;主发动机则可使导弹能在较长的时间内续航飞行,有多种工作体制。例如,法国“飞鱼”(MM38)导弹采用的是固体火箭助推器和固体火箭发动机,俄罗斯的“马斯基特”导弹则采用固体火箭助推器和液体冲压组合发动机,而弹道导弹采用多级发动机模式。
4.战斗部系统
战斗部系统包括引信装置和战斗部两大部分,因此战斗部系统也称引信战斗部系统,简称引战系统。引信的功用就是保证战斗部在最恰当的时间和地点爆炸,主要有近炸引信、触发引信及指令引信等。战斗部则是导弹的有效载荷,用来摧毁目标,是直接完成预定战斗任务的装置。根据作战任务的不同,战斗部又有爆破战斗部、聚能爆破战斗部、半穿甲战斗部、破片战斗部、云爆战斗部、集束战斗部、化学战斗部及核战斗部等多种类型。对于弹道导弹而言,由于战斗部系统一般安装在导弹的头部,通常又称为弹头。
5.电气系统
电气系统是导弹的重要组成部分,主要由电源(电池组)、配电和变电装置、弹上电缆网、电气成件等组成。电气系统将弹上各分系统连成一个有机整体,实现弹上设备的检查和导弹发射;能适时、正确、安全可靠地为弹上各分系统用电设备提供电能;传递各种指令和信号,保证弹上各用电设备之间互相配合及协同工作,共同完成战斗任务。
火工品是导弹起爆的关键器件:
火工品是一类小型、较敏感、装有火炸药的爆炸元件。它能在外界不大的某种形式能量(机械、热或电能)的激发下,发生燃烧、爆炸等化学反应,并用其所释放的能量以获得某种化学物理效应或机械效应,如点燃火药、起爆炸药或作为某种特定的动力能源等。换言之,火工品为装有火药或炸药,受外界刺激后产生燃烧或爆炸,以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称,它包括火帽、底火、点火管、延期件、雷管、传爆管、导火索、导爆索,以及爆炸开关、爆炸螺栓、启动器、切割索等。它常用于引燃火药、引爆炸药,还可作为小型驱动装置,用以快速打开活门、解除保险及火箭级间分离等。总体来说,火工品是点火—传火、起爆—传爆系统及完成特殊功能的元器件或装置的总称,是武器弹药中不可分割的子系统,同时又是能够独立做功的动力源产品。它是各系统作用的始发元件,又是最敏感产品,因此,它的安全性、可靠性和先进性将直接影响各系统的性能和发展。火工品装有火工药剂,是火炸药的制成品,它是一个独立的元件或装置。
火工品是导弹武器系统重要的组成部分,在导弹攻击的各阶段关键点上都发挥着关键性作用。下面以“陶2A”式反坦克导弹为例,简要介绍导弹火工品的主要用途。
“陶”式导弹是由美国原休斯飞机公司、现休斯导弹系统公司(Hughes Missile Systems)于1962年开始研究,1970年进入美国陆军地面部队服役的第二代重型反坦克导弹,也是世界上产量最大、装备国家最多的反坦克导弹,曾在越南、中东和两伊战争中大量使用。
“陶2A”导弹长1177mm,弹径152mm,弹重21.5kg,射程65~3750m,破甲厚度1030mm。“陶2A”配用双级串联战斗部,可以击毁披挂反应装甲的主战坦克。导弹本身在结构上,从前到后分为5个舱段——战斗部舱、电子设备舱、主发动机舱、中舱和尾舱,各舱段之间通过环形凹槽连接。除发动机壳体及气瓶使用钢材外,弹体大部分零部件采用铝合金制成。“陶”式导弹外形如图1-4所示,“陶2A”式导弹结构如图1-5所示。
1—碰合开关;2—战斗部;3—碰合开关;4—保险机构;5—集成电子单元;6—加速发动机;7—陀螺;8—起飞发动机辅助单元;9—起飞发动机;10—气瓶;11—制导导线管;12—空气陀面;13—陀面推杆;14—陀面弹簧;15—控制执行机构;16—“C”电池;17—“A”电池;18—弹翼;19—导火索;20—战斗部;21—药型罩;22—压制装药;23—电子延时机构;24—外伸探头;25—压制装药。
1.战斗部舱
基本型战斗部舱装有空心装药聚能破甲战斗部和触发引信。战斗部由风帽、内罩、主炸药、传爆药、药型罩及壳体组成。主炸药为奥克托尔高能炸药,重2.431kg,其成分为黑索金75.4%、梯恩梯24.6%,用真空振动精密铸装法装入战斗部壳体,传爆药柱采用压制成形。战斗部静破甲能力:45号钢靶板,穿透厚度586mm;复合靶板,穿透厚度505mm。触发引信采用M114全保险电容式机电引信,包括由风帽和内罩构成的头部触发开关、雷管、启动电源、保险器及保险执行机构等。启动电源为装在电子舱内靠弹上蓄电池充电的电容器,引信解除保险距离为46~65m。当命中目标时,弹头碰合开关碰合,雷管起爆。改进型战斗部的头部装有长度不同的外伸式触发探头,以提供远距引爆能力。
2.电子设备舱
电子设备舱装有一系列信号处理电子线路,用于对来自陀螺仪的导弹姿态信号和来自机载/地面控制系统的导线指令信号进行比较,形成控制舵机工作的方波信号,传给中舱舵机并控制4片尾舵运动,操纵导弹产生俯仰、偏航和滚转运动。
3.主发动机舱
主发动机舱内装1台K41固体火箭发动机,用以使导弹加速飞行。该发动机由燃烧室壳体、喷管座、喷管、主药柱、点火管、挡药板、密封圈、发火器、引燃药盒、点火药柱和药绳组成。两个喷口分别位于弹体中部两侧,单根主装药柱为平台型浇铸双基药,工作时间为1.6s,燃料重量2.58kg,点火管纵贯燃烧室中心,内装发火器、引燃药盒和缠有药绳的点火药柱,依次引燃主装药。
4. 中舱
中舱装有采用冷却氮气驱动的反作用式三自由度陀螺仪、气动舵机及作为弹上电源的3个蓄电池。陀螺仪测量导弹倾斜/偏航角误差,并将其送往电子设备舱处理,转换成弹体倾斜稳定/偏航阻尼指令信号,与来自机载/地面控制系统的导线指令信号进行比较,形成控制舵机工作的方波信号,传给尾舱舵机并控制4片尾舵偏转,操纵导弹产生所需的俯仰、偏航和滚转运动。舵机装置为采用脉冲调宽工作原理的冷气式舵机,由气瓶(内装氦气)、开瓶器、减压器、4个电磁阀和4个作动器组成,发射时陀螺点火具点火,打开气瓶,放出气体,启动陀螺转动并达到额定速度。4个作动器通过拉杆、弹簧分别控制着4个控制舵面偏转。弹上3个蓄电池为红外光源、电子设备舱、引信解除保险、主发动机点火和开启舵机气瓶提供电源。
5.尾舱
尾舱内部中央装有1台固体火箭发动机,在其四周分布有导线盒、红外光源、冷气瓶等。尾舱外部则是4片控制舵面。该发动机作为助推器用于导弹发射,使导弹获得飞离发射筒的能量,其由燃烧室、喷管、药柱和点火器组成,采用4根M7螺压双基管状药柱,工作时间0.044s,燃料重量0.545kg。向电子设备舱传输机载/地面控制指令信号的2根镀铜钢丝导线,一端分别缠绕在装于尾舱的2个导线盒的线管上,其另一端则穿过弹体上的孔连到导弹发射筒前端的切线器上,导线长度与其最大射程基本相同,当导弹飞完全程后,切线器发火将导线切断。
由导弹结构可以看出,火工品分布在“陶”式导弹的各个主要子系统之中,在导弹的陀螺系统启动、起飞发动机点火、加速发动机点火、战斗部起爆控制乃至制导导线切断等各环节上,都发挥了不可替代的重要作用。由于火工品具有质量轻、体积小、工作电源小、输出能量大、作用迅速、成本低、可靠性高等一系列突出优点,因此在导弹武器上得到了广泛的应用。
导弹的动力装置(亦称推进系统)是产生推力推动导弹运动的整套装置,它是导弹的重要组成部分。目前,导弹用的发动机按自带氧化剂或利用空气中氧作氧化剂,分为火箭发动机和空气喷气发动机两大类。火箭发动机同时自带燃料和氧化剂,不依靠空气,所以它可以在大气层和无大气的空间工作。火箭发动机按推进剂的物理状态不同,又分为液体火箭发动机和固体火箭发动机。空气喷气发动机本身只带燃料(燃烧剂),因此,空气喷气发动机只能在稠密的大气层中工作。根据空气增压方式不同,空气喷气发动机又分为涡轮喷气发动机和冲压发动机。近几年来出现的火箭/冲压喷气发动机,是一种基本上属于空气喷气发动机类型的新型导弹动力装置。导弹用发动机分类如图1-6所示。
图1-6 导弹用发动机分类
火工品的起爆作用
在导弹武器系统中,战斗部系统是导弹武器的重要组成部分,是直接完成战斗使命的执行者,是导弹的有效载荷。战斗部的爆炸通用由引信控制,引信又称为战斗部的大脑,而引信的起爆控制作用则是由其爆炸序列完成的,这是一类具有起爆作用的火工品。
引信是一种能够在预定时间、地点,按预定方式使弹药起爆的装置。一般来讲引爆方式有三种:一种是战斗部碰击目标瞬时引爆,如打击具有装甲目标的聚能破甲战斗部即采用此种引信。另一种是战斗部碰击目标后经过一段时间后延期引爆,如破坏地下的建筑物和军事工事目标的爆破战斗部(因为让战斗部钻入地下一定深度后再引爆战斗部的装药,其破坏作用较在地面引爆效果更好)。第三种是战斗部在距目标适当高度或一定距离时引爆,如杀伤空中飞机、导弹等的杀伤战斗部。除上面三种情况之外,当导弹未能击中目标而脱靶之后,经过一定的时间,引信须能自动引爆战斗部,使导弹自毁。为了保证战斗部在运输、储存和勤务处理时安全,在引信内同样设置有安全保险机构。所以对引信来讲,它对战斗部要有引爆作用,对本身要有安全保险作用,对导弹脱靶时还要有自毁作用。
传爆系列是能量放大器。它的作用是把目标给予的起始能量转变为爆炸波或火焰,并使这种起始能量逐级放大而引爆战斗部的装药。传爆系列由火工品(雷管或火帽)、主传爆药柱、辅助传爆药柱和扩爆药柱等组成。火工品和主传爆药柱一般都装设在引信内,成为引信的一个组成部分。
1.触发引信
触发引信是靠接触目标来感知目标的,就是指导弹与目标的碰撞。由于碰撞,导弹受到目标的反作用力而减速,因而引起了引信运动状态的变化,从而使引信发火。
1)发火机构
引信的发火机构由激励装置和传爆系列的第一个火工品元件组成,其作用是将由外界获得的或机构本身的某种能量转换成第一个火工元件的输出。发火机构是引信不可缺少的组成部分。
图1-11所示为弹簧针刺式发火机构。当弹簧针刺式发火机构工作时,压缩弹簧可以推动击针,也可推动火帽或雷管座完成发火作用。
2)传爆系列
较小的起爆冲量不足以完全可靠地引爆战斗部,因而就设置了冲量放大装置,形成较大的爆轰输出,完成起爆战斗部的目的,这个冲量转换放大装置即引信中的传爆系列。
3)保险机构
保险机构是保证引信的被保险零件或机构在勤务处理、发射及导弹飞行时的安全,并能在适当时机解除保险使引信处于待爆状态的一种机构。它的职能是保险和解除保险。
保险机构必须要完成两项要求:一是平时必须要可靠地固定被保险零件,保证安全;二是解除保险可靠,不管在任何情况下都能可靠地解除对被保险零件的保险,使引信处于待爆状态。
图1-13所示为一种滑块式隔离机构。雷管装在一滑块上,平时滑块压缩弹簧,由制动杆制动,使雷管、火帽和导爆药不在一直线上,引信处于保险状态。当解除保险时,制动杆上升,解除对滑块的限制,滑块在弹簧作用下运动,使火帽、雷管、导爆药三者对正,引信处于待爆状态。此时火帽工作,则可点爆雷管,雷管引爆导爆药使整个引信起爆。
4)延时机构
引信中常用的延时机构有火药延时机构和小孔气动延时机构等。
火药延时机构利用延期药柱的平行层燃烧来延迟火帽火焰向雷管传递的时间,它实际上是一个火药延期管,如图1-14(a)所示。它的装药由引燃药柱、主延期药柱和接力药柱组成。主延期药柱是控制延长时间的基本装药,通常延期时间不低于0.001s。
小孔气动延时机构是根据气体动力学原理设计的。图1-14(b)所示为一种形式。这种延时机构的工作过程是,火帽的火药气体在火帽所在的空室膨胀后,穿过两个小孔7进入第一空室V1,气体在第一空室V1中膨胀后,经斜孔8传到第二个空室V2,当V2室聚有足够热量和压力时,雷管即被引爆。
5)自炸机构
自炸机构是当导弹没有命中目标时,使导弹战斗部在弹道上某段自动爆炸的一种装置。其目的是使战斗部免落在己方地面伤害己方人员及地面建筑,另外也有利于武器的保密。常用的自炸机构有火药自炸机构和钟表自炸机构。
非触发引信主要用在攻击空中目标的战斗部上和用于杀伤地面有生力量的杀伤爆破战斗部上。配用非触发引信的导弹,导弹发射后自己能够觉察到目标,并能选择最有利的炸点,在最佳位置使战斗部起爆,以充分发挥战斗部的威力。
非触发引信之所以能引爆战斗部,是因为该引信具有非触发装置,它能够使导弹(或战斗部)与目标接近时,自动察觉目标,并选择最有利的炸点,起爆战斗部。为了保证非触发装置和电点火管或电雷管正常工作,必须有电源,以供给所需之能量。图1-15所示为非触发引信原理图。
当勤务处理时,电池激活机构呈保险状态,电解液与极片分开,电源不工作。电雷管被扭簧短路,电子组件与电源未接通。保险机构的转盘被下推杆和离心销锁在隔离位置,即雷管与导爆药不对正,处于保险状态。这时如遇到意外情况引信不会作用。
发射后,在主动段飞行时,当离心力增大到足够大时,引信的电池激活机构在离心力的作用下,离心销克服保险弹簧的抗力,释放击针,击针在储能簧的推动下,戳击火帽发火,火药气体推动击瓶杆打碎电解液瓶,电解液在离心力的作用下,经过滤罩进入极片间并发生化学反应,电源开始供电。此时,延时电路开始工作。与此同时,保险机构中卡住转盘的离心保险销在离心力作用下飞开。
在弹道上飞行时,从电池激活后经过2.4~2.5s的时间,此时火箭弹飞离炮口约1000m,延时电路使爆发驱动器发火,在火药气体作用下,扭簧将电源与电子电路接通,电子组件开始工作。与此同时,在离心力作用下保险也被解除,雷管和导爆药对正,整个引信处于待发状态。
在接近地面时,由于近感装置的作用,随着弹目的接近,多普勒信号越来越强。当弹目之间距离达到某一定值时,信号处理电路输出启动信号,点火电路工作,引爆电雷管,进而引爆弹丸。
当由于某种原因近感装置失效时,在弹丸撞击地面时,天线帽变形与碰炸杆接触,电碰炸机构作用,也能引爆弹丸。
火工品是可在预定激励作用下激发、产生燃烧或爆炸效应,从而完成特定功能(如点火、传火、起爆、传爆、推冲器等机械做功或产生特殊效应)的一次性作用元器件或装置的总称。火工品是弹药中的首发部件和始发能源,敏感度高且易燃、易爆,在生产、使用过程中容易发生危险,尤其是装配到弹药中后易引发重大事故,因此研究火工品安全性至关重要。火工品安全性既取决于固有安全性,也涉及环境安全和操作使用安全等方面。本章着重从火工品药剂安全、火工品安全设计及供电安全等环节,介绍火工品固有安全性相关内容。
火工品安全技术是指减小火工品维护、使用等环节事故发生概率及事故损失的方法和手段,内容涉及新型高安全火工药剂及材料技术、运输及存储安全技术,以及安全性设计技术等。其中,安全性设计技术则是从技术层面开展火工品安全研究,既包括安全编码技术、抗杂散电流技术、抗静电技术、抗射频技术、无起爆药技术等传统的安全设计技术,也包括爆炸箔点火与起爆技术、半导体桥点火与起爆技术、激光点火与起爆技术、电—热点火与延期技术和非电爆炸逻辑网络技术等先进的火工品技术。
安全编码技术
安全编码技术在导弹装备上有着广泛的应用,对于抑制人为及自然干扰,提高装备作用的安全性发挥着重要的作用。编码技术与火工品相结合,可构造出具有高安全性、高可靠性的灵巧火工品。
光电半导体桥火工系统是将半导体桥起爆与激光光纤相结合的一种钝感而具有低起爆能量的光电一体化火工品。该系统是控制系统通过激光器和光纤向爆炸装置发送编码光信号,爆炸装置中的光电转换装置通过信号识别,控制半导体桥火工品发火。光电半导体桥火工品示意如图5-3所示。
光电半导体桥火工品作用原理是使用火工品内部的微型电跨和光电转换装置,将来自光纤的光能转换成半导体桥药剂点火所需的低能量。这种装置由于是通过电绝缘光纤连接而使火工品与环境实现隔绝,因此只要保证火工品外壳的完整,就能经受极其恶劣的电磁环境。光纤的输入能量可使用激光二极管作能源,激光二极管的驱动完全依赖于外部的指令和控制系统。该系统是通过一光纤向终端发送一组编码光信号,通过各个分支光纤将信号送到每个起爆器。每个起爆器内部装有译码、定时、光电转换及控制电容器放电的固态微型电路,接收的激光信号先通过光电二极管向电容器充电,但直到接收一个正确编码的发火信号时,电容器才放电,使半导体桥火工品发火。该系统的优点主要有:系统的每个动作都可以有独立的保险/解除保险装置;系统具有钝感化、质量小等特点;能控制多个有次序事件的作用且动作迅速;满足直列式点火系统的安全性要求等。它是新一代武器、航天、航空等领域中可以广泛应用的采用多种能源集成、完全防静电、防射频和电磁辐射的安全钝感多功能起爆系统。
2.2 抗杂散电流技术
在导弹装备中,有大量的导电线路和电器设备,在使用过程中难免由于绝缘不良等原因而漏电,形成所谓杂散电流。随着战场环境的日趋恶劣,弹上设备日益复杂,要求提高导弹火工品抗杂散电流能力。
西欧国家为了提高雷管的抗杂散电流能力,提高了雷管的发火冲能。
瑞典早期生产的TE型电雷管全电阻为1.5~2.0Ω,最大安全电流0.3A,发火冲能3~5 MW·s/Ω。该产品由于抗杂散电流能力差,国内禁止使用。为适应大面积爆破和改善抗杂散电流能力,更新为VA型雷管(瞬发、MS延期、HS延期),该雷管具有一定的抗静电、抗杂散电流能力,提高发火冲能为80~140 MW · s/Ω,可耐静电2 000 pF、15 kV(6m导线),不发火。
德国代那迈·诺贝尔公司(Dynamite Nobel AG),将A型雷管(普通雷管)改为生产U型(钝感)、HU型(特钝感)雷管,提高了耐静电和抗杂散电流性能。
产生和影响杂散电流的因素很多,杂散电流的数值和方向因时间、地点而变化,有些地方,杂散电流只有几毫安,电位也不过几百毫伏;但有些地方,特别是在发射系统或飞行甲板,杂散电流可高达几百毫安甚至几安培,其电位达数伏至数十伏。显然,这样的电流已足以引爆普通的电雷管。如果应用一种能够抵抗杂散电流的电雷管,这些情况就都可以避免。使电雷管能够抗杂散电流,有很多方法,如在雷管中串联电容,采用电磁雷管,采用火花式电引火元件、导电药式电引火元件、低电阻桥丝式电引火元件等。用后两种电引火元件装配电雷管制成抗杂电雷管应用较多。
1.无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管
无桥丝抗杂散电流毫秒电雷管的特点是取消厂桥丝,而在引火药中加入乙炔、石墨、炭黑等导电物质做成导电性的引火头,这种引火头的电阻不是固定的,当外加电压小于额定电压时,其电阻值较大,通过电流小,不足以引燃引火药。当外加电压高于额定值时,其电阻下降,导致通过的电流变大,发热量增加,直到可以点燃引火药。无桥丝电雷管可保证在5V电压作用下5min不发火。这种电雷管不能用动力电源和一般的起爆管进行起爆,要用专门设计的高能脉冲起爆器起爆。
2.低阻桥丝抗杂电雷管
目前多采用紫铜丝制造低阻桥丝抗杂散电流电雷管。选用紫铜丝作抗杂电雷管的桥丝材料,变换不同直径,可以在一定范围内调整雷管的感度,以应用于不同装备的应用环境。目前一般直径在φ 40~φ 80μm的范围内选定。紫铜桥丝抗杂电雷管的结构和普通电雷管相同,只是桥丝材质不同,有抗杂电瞬发雷管、抗杂电秒延期雷管及抗杂电毫秒雷管等品种,其生产工艺与相应的非抗杂电的瞬发电雷管、秒延期电雷管和毫秒延期电雷管相同。
3.导电引火药抗杂电雷管
采用导电引火药制造抗杂散电流电雷管,与普通电雷管的区别是电引火元件不焊桥丝,将导电药剂点抹在脚线分叉头上,制成引火药头。
4.抗静电雷管的结构
非金属壳如纸壳、塑料壳电雷管管壳绝缘性强,具有一定的抵抗脚线与管壳之间的火花放电能力,一般不另外采取脚壳间抗静电措施。
金属壳电雷管管壳的电性强,易发生脚线与管壳(包括脚线药头与加强帽)之间火花放电,可引起药头发火及雷管爆炸,因此需要采用抗静电措施。抗静电措施可有多种方法,如在脚线药头与管壳之间设抗静电塑料套,采用半导体封口塞,封口塞中安装放电片或放电电阻等方法。目前多采用套绝缘套的方法。
在两根脚线之间放电,电流通过桥丝可使药头发火,因此药头药剂要选用合适的配方,不允许药剂太敏感。
.2.3 抗静电技术
静电对电火工品的安全性和可靠性都有影响。解决桥丝式电火工品静电干扰的最好方法是使电火工品设计要具有防静电功能。从设计途径分析,一般有3种:第一,设计火工品内部绝缘系统,增加脚—壳间的绝缘强度,以保证在所要求的静电放电电压下不会被击穿,俗称“堵”静电方式;第二,使用对静电放电钝感的起爆药或点火药剂;第三,采用保护性静电泄放装置或材料,构成静电的泄放通道,俗称“泄放”静电方式,是目前采用最广泛的一种保护形式。
1.“堵”静电系列设计技术
1)在易击穿位置设置绝缘环
由于火工品桥丝或脚线的边缘离管壳最近,且又是装起爆药或点火药的位置,因而是最危险的通道。增加脚—壳间的绝缘强度的目的在于提高这一通道的绝缘能力。通常是在桥丝周围增加一个绝缘强度较高的圆环或套筒,其绝缘材料通常是聚四氟乙烯、有机玻璃、酚醛塑料、聚氯乙烯等。例如,美国“响尾蛇”导弹触发引信用桥丝电雷管及苏联“萨姆”-7防空导弹引信用电雷管均采用了这一技术。
2)药剂外表面涂绝缘膜
在点火药表面涂上绝缘强度高的硝基漆、有机硅漆及环氧树脂等绝缘体,或在点火药头外加聚氯乙烯绝缘套管,以增加药面与壳体之间的绝缘强度,继而提高产品的抗静电能力。
3)使用绝缘材料管壳
产品的外壳直接由绝缘材料加工而成,使脚线间具有一定的绝缘强度。
2.使用对静电钝感的药剂
改善起爆药抗静电性能也是减少静电危害的一个途径。例如,糊精氮化铅的静电感度较其他类型的氮化铅要钝感得多,其绝缘电阻也比其他类型的氮化铅高,因此,采用糊精氮化铅对提高脚—壳间的防静电能力极为有利。另外,在斯蒂芬酸铅或其他点火药中加入适量的硼以及在氮化铅等起爆药中掺入多元醇多硝酸脂,均可提高药剂的防静电能力。而以氢化钛和高氯酸钾组成的点火药可耐600pF/25kV的静电冲击,而且热安定性高达520℃,是一种性能良好的抗静电耐热点火药。这是增加脚—脚之间抗静电能力的重要方法。
3.“泄放”静电系列设计技术
1)设置静电泄放通道
如果在结构中能设计出一条保护通道,使脚壳间的静电能量早于危险通道优先泄放,那么将能起到保护作用,如图5-4所示。一般认为,危险通道与保护通道击穿电压之比应大于4,而且保护通道的击穿电压不应大于3kV,这样才能保证在静电火花作用下,静电能量通过保护通道可靠泄放。危险通道与保护通道的击穿电压之比愈高,则在危险通道击穿之前,保护通道愈早完成击穿。由于空气具有良好的击穿重复性,所以保护性火花隙通常采用空气火花隙。
因火工品在弹上的工作特殊性和火工品本身的特点,点火电路设计思想是必须确保安全性、可靠性及电磁兼容性。设计中通常采取的主要措施有以下几种。
(1)在电爆管点火电路中,必须有多级保险,既有机械保险,又有电保险。这几级保险是串联的,彼此是独立的,但又是相互制约的。
机械保险可利用导弹飞行状态和有关飞行参数来控制电路的转换,如导弹达到某一飞行速度时气流产生的动压,导弹轴向过载值的变化,还可利用分离机构的分离来实现。电保险可利用行程开关触点转换来控制电路转换。
(2)电爆管在不工作时,输入端通常应通过继电器的触点接地,或加短路插头座并接地。
(3)电爆管点火的正、负极导线应采用双线制,且同时受控。
(4)电缆网的布线和走向应远离射频干扰源,应与敏感电路和电源电路隔离,以避免产生电磁耦合。点火控制线采用绞合线并且屏蔽。这样可以避免内部或外部电磁干扰信号的渗入或耦合。
(5)系统的静电接地及射频搭接应符合MIL-B-5087军用标准。接地线均应接到导弹的公共地线上,以避免系统中出现地线环路所产生的感应电流造成的干扰。屏蔽套应接地,以防因出现静电电位差而产生瞬时电流干扰。
射频的电缆屏蔽套应两端接地或多点接地;低频的屏蔽套应在一端接地。要求屏蔽套是连续的,中间不得中断。
(6)导弹各级、各舱段之间应有良好的电气搭接,搭接线可用两根3mm2
截面的多股铜线。舱口盖与弹体间也应有良好的电气通路。
(7)一般在飞航导弹上,选用П型低通滤波器,它既能完成点火电路的通路,又能减小和抑制电磁干扰及抗静电的作用。它对直流或某些低频可以通过,而对射频或其他频率则起阻碍作用。在电路中,并联一定阻值的电阻,又能起着泄放静电的作用。
在设计滤波器时,既要考虑到使不需要的电磁信号受到衰减,同时还需考虑在电路插入滤波器的情况下,正确选择电路的负载电压和电流,以便电爆管能可靠地发火,滤波器能正常工作。
(8)点火电路中,可串联保护电阻(又称为限流电阻),以防止电爆器件起爆后可能出现正极与壳体相碰而造成的短路危险。
保护电阻的阻值大小及功率应进行很好的试验和计算。一般敏感电爆管点火延滞时间不大于20ms,可靠点火电流为1~2A;钝感电爆管最佳工作电流为8~10A,点火延滞时间不大于30ms,设计电路的保护电阻时,应保证可靠发火电流值;保护电阻的功率要适合,要求保护电阻在50ms内不能烧坏。