美军新一代小口径炮弹引信分析(上)

美国陆海空三军90年代使用的小口径炮弹引信均为隔爆型弹头触发引信。本文介绍了这种新一代引信的构造与作用,并从这些引信实现隔爆、延期解除保险、自毁、作用延期、大着角可靠发火、防雨和提高灵敏度、冗余保险、选用许用导、传爆药等方面要求的具体技术途径进行了讨论,分析了美军小口径炮弹引信的设计思想,同时与西欧国家引信进行了比较讨论。     

头部形状和着角对弹丸碰击薄目标前冲过载系数仿真研究

为了为引信惯性触发装置设计提供参考,利用LS-DYNA软件对头部不同形状的弹丸以不同着角碰击薄目标过程进行数值仿真研究,得到了头部不同形状的弹丸以不同着角碰击不同薄目标时的最大前冲过载系数。研究表明:弹丸前冲过载系数最大值并不是在正碰靶的情况下,而是对应某一小着角,靶板材质和厚度不同该着角也不同,应考虑弹丸攻角和立靶误差导致的着角变化对引信惯性触发灵敏度和钝感度性能的影响。头部形状不同,弹丸碰靶前冲过载系数差异较大,因此弹头形状设计应综合考虑气动力特性与引信碰靶前冲环境之需。     

尾翼弹碰击薄弱目标前冲过载系数变化规律

为了给尾翼弹引信设计提供参考,采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对弹丸以不同着角碰击不同材质、不同厚度的薄弱目标过程进行数值仿真研究。仿真结果表明:弹丸碰击薄弱目标的前冲过载系数值在某一特定着角时达到最大值,靶板材质和靶板厚度不同这一特定着角值也不同。超口径尾翼弹碰靶着角较大时,其最大前冲过载系数出现在尾翼穿过靶板时,而不是出现在头部侵彻靶板时。射击试验结果表明:根据上述仿真结果设计的引信惯性触发开关能够满足钝感度、弹道安全性以及擦地炸作用率要求。     

机电引信擦地炸惯性发火机构设计与分析

为了满足机电引信高作用可靠性的要求,对弹底擦地炸惯性发火机构进行了结构设计;在对机构闭合响应时间计算的基础上,通过和头部触发机构的对比,分析了引信通过3mm胶合板的钝感度和靶后对地灵敏度,并进行了离心试验和擦地炸性能试验验证,表明引信擦地炸作用率不小于90%,设计符合要求.     

弹头触发引信防雨试验水柱靶仿真

为了研究弹头触发引信防雨试验中采用的人工水柱靶与自然雨滴的等效性,通过数值仿真软件,应用光滑粒子流体动力学方法和有限元法耦合方法,仿真了不同触发区直径的弹头触发引信内凹和外凸触发机构分别撞击雨滴及其质量等效水柱靶的过程,得到了撞击过程中触发区内触杆剪切凸台最大剪切应力的峰值、持续时间和波形。仿真结果表明,按质量等效原则确定的人工水柱靶能够较准确地模拟自然雨滴撞击引信触发区过程,可用于弹头触发引信防雨性能试验考核。     

压电引信大着角发火性数值仿真方法

针对压电触发引信大着角对靶射击试验瞎火原因难以分析的问题,提出了压电触发引信大着角发火正确性的数值仿真方法。通过比较仿真得到的压电晶体上不同位置处压电晶体单元的法向应力峰值平均值和等效综合应力峰值平均值来对压电触发引信大着角发火正确性进行判断。随着着角的增大,压电晶体表面应力值呈现逐渐减小的趋势,与理论分析结果一致,该方法可行。铝合金头部锥角变化对压电晶体应力影响较大,引信头部最优锥角为100°;采用7A04铝合金代替2A12铝合金作为引信头材料可以使大着角碰击目标时压电晶体表面的碰靶应力至少增大30%以上,进而可提高引信的发火正确性。     

西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信发展综述

为了给我国大口径火炮榴弹弹头机械触发引信设计和深入研究提供参考,详细介绍了20世纪40年代以来西方国家大口径火炮榴弹弹头机械触发引信的特点,并以M739系列引信为例,深入分析了其子系统结构性能。从M48A3引信至M739引信衍变史发现,传爆序列中针刺雷管趋向于高感度化和小型化;自调延期结构可自适应控制引信炸点位置;提高活击体表面加工质量和装配精度,击针座材料改用锌合金压铸可提高自调延期机构作用可靠性;后坐保险机构和离心保险机构的低阈值设计提高了引信通用性,适当增大后坐销质量和保险簧抗力可解决低阈值设计情况下的安全性问题;延期解除保险机构中使平衡摆轴线和擒纵轮轴线相对于引信旋转轴线按等距离或接近等距离的紧凑方式布置、降低平衡摆材料密度和减小装配误差能提高其起动可靠性;硼粉含量为16%时的硼系延期药燃速快、延期精度高;结构设计简化后的装定机构装定可靠性高;栅杆式防雨机构可防直径4mm的雨滴,防雨装置使引信瞬发度略有降低;M739系列引信与弹连接螺纹相同,引信外形尺寸一致。     

对M739A_1引信后座低过载保险的看法

M739A_1引信是我国从美国引进的一种机械着发引信,属“大弹改造工程”项目之一,引信性能属于国际八十年代水平,该引信技术先进,性能优良,它主要特点有:引信瞬发度高,有防雨机构,自调延期机构,远距离解除保险机构。美军配用火炮为:105mm、155mm、     

引信触发开关动态特性优化方法

针对部分机电引信瞎火原因不明的实际问题,提出引信触发开关动态特性优化方法。该方法分别通过有限元仿真和实验验证两种手段对安装机电引信的弹丸侵彻木质靶板过程进行了研究,得到了不同结构形态触发开关着靶过程中的动态特性。仿真和实验验证结果表明,通过适当地选取电极的形状和尺寸,该开关可以满足以200 m/s垂直侵彻25 mm松木板的情况下开关连通,以250 m/s垂直侵彻3 mm胶合板的情况下开关不连通的设计要求。在设计过程中可以通过适当减小外电极的厚度,将圆形头部电极改为锥形或采用实心电极等方法来提高引信的瞬发度。     

小口径穿甲爆破弹侵彻钢板装药安定性仿真

为了给装药弹丸设计提供参考,运用ANSYS/LS-DYNA软件对某小口径火炮穿甲爆破弹侵彻钢靶板过程进行仿真,得到了弹丸着角、着速和靶板厚度对装药安定性的影响。结果表明:随着着速增大,装药的安全性越来越差;随着着角增大,装药的安定性先变好再变差,着角为70°和80°时装药安定性不如着角0°时,说明大着角对装药安定性不利;靶板增加到一定厚度时弹丸装药不安全。     

苏美中大口径榴弹机械着发引信设计思想分析与对比

本文第一部分以表格形式展示了苏美中大口径榴弹机械着发引信发展概况。第二部分对苏美引信的安全性、安全性与发火率的关系、引信装定选择性、解除保险方式、口螺、通用化设计、对瞬发灵敏度的认识、提高瞬发度的途径、远距离解除保险和远解方式、弹道抗章动安全性、密封性、工艺性等十二个方面进行了设计思想分析,并对主要性能做了对比,第三部分则提出了我国引信设计中可借鉴的六点意见。     

子弹模拟发射器在引信研制生产中的应用

总结了模拟发射器在子弹药引信研制生产中的应用。模拟发射器用于子弹引信综合发火可靠性模拟试验、主发火可靠性模拟试验、自毁发火模拟试验、引信瞬发度模拟试验、子弹动破甲试验、子弹引信安全及待发距离模拟试验、引信大着角发火性试验、子弹药强度试验、后坐保险机构解除保险可靠性模拟试验、离心保险机构解除保险可靠性模拟试验,可以减少实弹射击试验次数和数量,节约研制经费,缩短研制周期,可以代替部分实弹射击试验验证引信设计方案的可行性、设计的准确性和引信生产批的质量情况。     

解决23 mm航炮榴弹引信炮口炸问题的技术途径

为了寻求23 mm航炮榴弹引信炮口炸的原因,分析了23 mm航炮榴弹及其引信、发射装药与内弹道的特性,讨论了23 mm航炮榴弹的安全距离,估算了发射药残渣的飞行特性。发射装药在膛内不能完全燃烧,会有一部分残渣飞出。所配用的弹头触发引信炮口保险距离短,灵敏度高,连发射击时引信在炮口附近撞上此前某一发的发射装药残渣,就会引起炮口炸。解决的技术途径主要有：改进发射装药设计使其在膛内燃烧完、延长引信延期解除保险距离和改善引信钝感度性能。     

加榴炮机械触发引信作用时间指标与作战效能研究

以某火炮对中等密度土壤目标为例，研究了机械触发引信装定成瞬发、短延期和长延期条件下对目标的侵彻深度，对弹丸杀伤效能的影响。研究结果表明：瞬发作用时（300μs），弹丸侵入目标的深度小于弹丸的头弧部长度，对弹丸的杀伤效果影响可忽略不计；短延期作用时（5-10ms），弹丸能够到达最有利起爆深度；具有侵彻体的引信对钢筋混凝土的实弹射击试验结果表明，自调延期机构能够自动识别目标的性质和厚度，对目标有更好的毁伤效能，完全可以取代固定长延期作用方式。     

热身管下小口径枪弹弹头壳材料对其膛内运动的影响规律

针对95-1式自动步枪多发射击过程中枪管温度过高、射弹散布变大的现象,以5.8 mm枪弹为研究对象,开展热身管下不同弹头壳材料对其膛内运动的影响规律研究,并通过射击试验进行验证。基于传热学基本原理,借助有限元手段建立多物理场耦合下弹头膛内运动模型。研究结果表明：常温时铜弹头壳弹头膛内摆角小于覆铜钢弹头壳弹头,增幅随身管温度升高明显;相同膛压条件下,铜弹头壳弹头出膛口速度低于覆铜钢弹头壳弹头,在射击30发和60发后,铜弹头壳弹头出膛口速度随着身管温度升高分别减小2.2 m/s、1.8 m/s,膛内运动时间增加2.6μs、4.7μs,覆铜钢弹头壳弹头出膛口速度分别降低0.7 m/s和增大1.4 m/s,膛内运动时间减小1.7μs、0.8μs;所得研究成果可为轻武器弹药设计提供理论参考。     

提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构

针对破甲弹战斗部在大着角打击装甲目标过程中,射流斜侵彻装甲板破甲威力较低的问题,提出了提高破甲弹破甲威力的引信帽褶台结构。该引信帽褶台结构通过在原有引信帽锥形结构上增加褶台,使得装配该引信帽的破甲弹在大着角碰靶板时褶台先接触靶板,弹丸在其作用下产生一定旋转,使弹丸侵彻靶板着角适当减小,从而使射流需要穿透靶板行程减少,提高破甲威力。仿真验证表明,在弹丸碰击靶板过程中,褶台结构引信帽能够使弹丸在碰击靶板过程中弹丸侵彻靶板角度由68°减少为65.7°,射流穿透主装甲板的行程减少约52 mm,减少约8%。装配褶台结构引信帽的战斗部动破甲平均后效层数由原来的2.6层增加到3.7层,提高了破甲威力,验证了设计的有效性。     

机电触发引信高可靠性擦地炸接电开关

针对传统擦地炸开关结构复杂、作用率不高的问题,提出了机电触发引信高可靠性擦地炸接电开关,该开关由开关体、惯性球、接电套、开关簧、簧套组成,具有结构简单、可靠性高等特点。减小开关零件间摩擦系数,增大开关体锥角、接电套锥角和惯性球质量,降低开关簧抗力均有利于提高擦地炸接电开关接电动作正确性。试验验证表明,该擦地炸接电开关能够满足弹道安全性、钝感度要求,擦地炸作用率达98.6%以上,可以为擦地炸接电开关设计提供借鉴和参考。     

圆形质量块/柔性电极MEMS万向触发开关

针对现有MEMS惯性开关各向响应不一致和闭合时间短等问题,设计了一个采用周边弹簧支撑中心圆形质量块、柔性支撑固定电极结构形式的引信用MEMS万向触发开关。仿真结果表明,开关响应时间不大于300μs。由于采用圆形质量块,开关对0°～90°不同着角的冲击都能可靠响应;由于采用柔性电极,开关的闭合时间从小于10μs延长到30μs以上。     

西湖牌XH01型5.6mm速射运动手枪

奥运会射击比赛有一个25m手枪速射项目,比赛规定:每个射手分二阶段射完60发5.6mm运动手枪弹,每阶段30发分成6组,每组5发,对5个速射靶各射击1发。靶板只在一定时间内正对运动员,过时即转至侧立位置,无法射击。所谓速射,即靶板正面的停留时间仅以秒计,每阶段6组中,8s、6s、4s各二组。射手中靶的机会真可谓是稍纵即逝。 由于速射比赛的特殊性,所以国际射联竞赛规则中对速     

基于仿真的某中口径舰炮弹丸入水前冲过载

为了为某舰炮弹丸弹底触发引信惯性前冲发火机构对海射击时的动态特性设计和评估提供参考,借助ANSYS/LS-DYNA软件,采用任意拉格朗日-欧拉方法,仿真了该弹丸不同落速、不同落角的入水过程,得到不同落速、落角和是否自转等条件下的弹丸入水前冲过载.落速或落角越大,前冲过载越大、过载峰值宽度越小;小落角入水过程中弹丸姿态不稳定,易发生跳弹,使前冲过载减小,甚至消失,并产生较大径向过载;自转对该弹丸入水前冲过载影响较小,可忽略;落速250 m/s、落角5°时的过载是引信惯性发火机构发火准确性设计要考虑的可信极限弹道环境,前冲过载峰值约为287 g,持续时间约为1 ms.